KR20180042358A - Three-dimensional NAND device including support pedestal structures for buried source lines and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
3차원 메모리 디바이스는 기판 위에 위치된 전기 전도성 층들 및 절연 층들의 교번 스택, 및 메모리 스택 구조물들의 어레이를 포함한다. 소스 전도성 라인 구조물이 기판과 교번 스택 사이에 제공된다. 소스 전도성 라인 구조물은, 동일한 수평 방향을 따라 연장되고 공통 전도성 스트래들링 구조물에 인접된, 복수의 평행한 전도성 레일 구조물들을 포함한다. 각각의 메모리 스택 구조물은 전도성 레일 구조물과 지지 매트릭스 사이의 수직 계면을 스트래들한다. 각각의 메모리 스택 구조물 내의 반도체 채널은 각자의 전도성 레일 구조물 및 지지 매트릭스와 접촉한다.A three-dimensional memory device includes an alternating stack of electrically conductive layers and insulating layers positioned over a substrate, and an array of memory stack structures. A source conductive line structure is provided between the substrate and the alternating stack. The source conductive line structure includes a plurality of parallel conductive rail structures extending along the same horizontal direction and adjacent to the common conductive straining structure. Each memory stack structure straddles the vertical interface between the conductive rail structure and the support matrix. The semiconductor channels in each memory stack structure are in contact with their respective conductive rail structures and support matrices.
Description
관련 출원들Related Applications
본 출원은 2016년 8월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/225,492호의 일부 계속 출원이고, 미국 특허 출원 제15/225,492호는 2016년 2월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/017,961호의 일부 계속 출원이며, 미국 특허 출원 제15/017,961호는 2015년 11월 20일자로 출원된 미국 특허 가특허 출원 제62/258,250호의 우선권의 이익을 주장하며, 이 출원들의 전체 내용은 참조에 의해 그 전체가 본원에 원용된다.This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 15 / 225,492, filed August 1, 2016, and U.S. Patent Application No. 15 / 225,492, entitled U.S. Patent Application No. 15 / 017,961, filed February 8, And U.S. Patent Application No. 15 / 017,961, which claims priority from U.S. Patent Application No. 62 / 258,250, filed on November 20, 2015, the entire contents of which are incorporated herein by reference The entirety of which is hereby incorporated by reference.
본 개시내용은 일반적으로 반도체 디바이스들의 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는, 수직 NAND 스트링들 및 다른 3차원 디바이스들과 같은, 3차원 메모리 구조물들, 및 그 제조 방법들에 관한 것이다.This disclosure relates generally to the field of semiconductor devices, and more specifically, to three-dimensional memory structures, such as vertical NAND strings and other three-dimensional devices, and methods of fabrication thereof.
셀당 1 비트를 갖는 3차원 수직 NAND 스트링들은 T. Endoh 등의 논문 ["Novel Ultra High Density Memory With A Stacked-Surrounding Gate Transistor (S-SGT) Structured Cell", IEDM Proc. (2001) 33-36]에 개시되어 있다.Three-dimensional vertical NAND strings with 1 bit per cell are described in T. Endoh et al., &Quot; Novel Ultra High Density Memory with A Stacked-Surrounding Gate Transistor (S-SGT) Structured Cell ", IEDM Proc. (2001) 33-36.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스가 제공되며, 이 3차원 메모리 디바이스는: 기판 위에 위치된 전기 전도성 층들 및 절연 층들의 교번 스택(alternating stack); 메모리 스택 구조물들의 어레이 - 각각의 메모리 스택 구조물은 교번 스택을 관통하여 연장되고 메모리 막 및 메모리 막에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널을 포함함 -; 및 각각의 반도체 채널의 측벽의 하단 부분과 접촉하고 교번 스택과 기판 사이에 위치된 소스 전도성 층을 포함한다. 소스 전도성 층은, 제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격된, 복수의 전도성 레일 구조물들을 포함한다.According to an aspect of the present disclosure, a three-dimensional memory device is provided, the three-dimensional memory device comprising: an alternating stack of electrically conductive layers and insulating layers located on a substrate; An array of memory stack structures, each memory stack structure comprising a semiconductor channel extending through an alternating stack and laterally surrounded by a memory film and a memory film; And a source conductive layer in contact with the lower portion of the sidewalls of each semiconductor channel and positioned between the alternating stack and the substrate. The source conductive layer includes a plurality of conductive rail structures extending along the first horizontal direction and laterally spaced from each other.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스를 형성하는 방법이 제공된다. 제1 수평 방향을 따라 연장되는 복수의 채널들을 포함하는 매트릭스 재료 층이 기판 위에 형성된다. 복수의 희생 레일 구조물들이 복수의 채널들에 형성된다. 절연체 층들 및 스페이서 재료 층들의 교번 스택이 매트릭스 재료 층 및 희생 레일 구조물들 위에 형성된다. 메모리 스택 구조물들이 교번 스택 및 희생 레일 구조물들의 부분들을 관통하여 형성된다. 메모리 스택 구조물들 각각은 각자의 메모리 막 및 각자의 반도체 채널을 포함한다. 교번 스택을 관통하여 연장되는 배면 트렌치가 형성된다. 희생 레일 구조물들의 표면들이 배면 트렌치 아래쪽에서 물리적으로 노출된다. 복수의 측방 연장 캐비티들을 형성하기 위해 복수의 희생 레일 구조물들이 매트릭스 재료 층에 대해 선택적으로 제거된다. 매트릭스 재료 층과 접촉하는 메모리 막의 부분들은 제거하지 않으면서, 측방 연장 캐비티들에 물리적으로 노출된 메모리 막의 부분들이 제거된다. 소스 전도성 층이 배면 트렌치의 하부 부분 및 복수의 측방 연장 캐비티들 내에 그리고 반도체 채널들의 측벽들과 접촉하게 형성된다.According to another aspect of the present disclosure, a method of forming a three-dimensional memory device is provided. A layer of matrix material comprising a plurality of channels extending along a first horizontal direction is formed over the substrate. A plurality of sacrificial rail structures are formed in the plurality of channels. Alternating stacks of insulating layers and spacer material layers are formed over the matrix material layer and the sacrificial rail structures. Memory stack structures are formed through portions of the alternating stack and sacrificial rail structures. Each of the memory stack structures includes a respective memory film and a respective semiconductor channel. A backside trench extending through the alternating stack is formed. The surfaces of the sacrificial rail structures are physically exposed below the back trenches. A plurality of sacrificial rail structures are selectively removed with respect to the layer of matrix material to form a plurality of laterally extending cavities. Portions of the memory film physically exposed to the side extension cavities are removed without removing portions of the memory film that are in contact with the layer of matrix material. A source conductive layer is formed in the bottom portion of the backside trench and in the plurality of lateral extension cavities and in contact with the sidewalls of the semiconductor channels.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스는 기판 위에 위치된 전기 전도성 층들 및 절연 층들의 교번 스택, 메모리 스택 구조물들의 어레이 - 각각의 메모리 스택 구조물은 교번 스택을 관통하여 연장되고 메모리 막 및 메모리 막에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널을 포함함 -, 및 교번 스택과 기판 사이에 위치된 지지 구조물들을 포함한다. 본 디바이스는 또한, 교번 스택 아래에 있고 기판 위에 있으며 지지 구조물들과 접촉하는, 소스 전도성 층을 포함할 수 있다.According to one aspect of the disclosure, a three-dimensional memory device includes an alternating stack of electrically conductive layers and insulating layers disposed on a substrate, an array of memory stack structures, each memory stack structure extending through an alternating stack, A semiconductor channel surrounded laterally by the memory film, and support structures located between the alternating stack and the substrate. The device may also include a source conductive layer under the alternating stack and over the substrate and in contact with the support structures.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스를 형성하는 방법이 제공된다. 지지 페데스탈 구조물들 및 희생 재료 부분들을 포함하는 층이 기판 위에 형성된다. 절연체 층들 및 스페이서 재료 층들의 교번 스택이 지지 페데스탈 구조물들 및 희생 재료 부분들 위에 형성된다. 메모리 스택 구조물들은 교번 스택을 관통하여 형성된다. 메모리 스택 구조물들 각각은 메모리 막의 각자의 부분 및 각자의 반도체 채널을 포함하고, 각자의 희생 재료 부분 내로 돌출한다. 적어도 하나의 측방 연장 캐비티를 형성하기 위해 지지 페데스탈 구조물들은 제거하지 않으면서 희생 재료 부분들이 제거된다. 지지 페데스탈 구조물들과 접촉하는 메모리 막의 부분들을 제거하지 않으면서, 적어도 하나의 측방 연장 캐비티에 물리적으로 노출된 메모리 막의 부분들이 제거된다. 적어도 하나의 측방 연장 캐비티에 그리고 반도체 채널들의 측벽들 상에 전도성 레일 구조물들이 형성된다.According to another aspect of the present disclosure, a method of forming a three-dimensional memory device is provided. A layer comprising support pedestal structures and sacrificial material portions is formed over the substrate. Alternating stacks of insulating layers and spacer material layers are formed over the support pedestal structures and sacrificial material portions. The memory stack structures are formed through alternating stacks. Each of the memory stack structures includes a respective portion of the memory film and a respective semiconductor channel and protrudes into a respective sacrificial material portion. The sacrificial material portions are removed without removing the support pedestal structures to form at least one lateral extending cavity. Portions of the memory film physically exposed to the at least one lateral extension cavity are removed without removing portions of the memory film that are in contact with the support pedestal structures. Conductive rail structures are formed in at least one lateral extension cavity and on the sidewalls of the semiconductor channels.
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스가 제공되며, 이 3차원 메모리 디바이스는 기판 위에 위치된 전기 전도성 층들 및 절연 층들의 교번 스택; 메모리 스택 구조물들의 어레이 - 각각의 메모리 스택 구조물은 교번 스택을 관통하여 연장되고 메모리 막 및 메모리 막에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널을 포함함 -; 및 교번 스택과 기판 사이에 위치된 유전체 필라들의 어레이를 포함한다.According to one aspect of the disclosure, there is provided a three-dimensional memory device comprising: an alternating stack of electrically conductive layers and insulating layers disposed over a substrate; An array of memory stack structures, each memory stack structure comprising a semiconductor channel extending through an alternating stack and laterally surrounded by a memory film and a memory film; And an array of dielectric pillars positioned between the alternating stack and the substrate.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 3차원 메모리 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 희생 매트릭스 층이 기판 위에 형성된다. 희생 매트릭스 층이 캐비티들의 어레이를 형성하도록 패터닝된다. 캐비티들의 어레이를 유전체 충전 재료로 채우는 것에 의해 유전체 필라들의 어레이가 형성된다. 절연체 층들 및 스페이서 재료 층들의 교번 스택이 유전체 필라들의 어레이 및 희생 매트릭스 층 위에 형성된다. 메모리 스택 구조물들의 어레이는 교번 스택 및 희생 매트릭스 층을 관통하여 형성된다. 희생 매트릭스 층이 소스 전도성 층으로 대체된다.According to another aspect of the present disclosure, a method of manufacturing a three-dimensional memory device is provided. A sacrificial matrix layer is formed over the substrate. A sacrificial matrix layer is patterned to form an array of cavities. An array of dielectric pillars is formed by filling an array of cavities with a dielectric fill material. Alternating stacks of dielectric layers and spacer material layers are formed over the array of dielectric pillars and the sacrificial matrix layer. An array of memory stack structures is formed through alternating stack and sacrificial matrix layers. A sacrificial matrix layer is replaced with a source conductive layer.
도 1은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 하부 소스 절연체 층, 희생 매트릭스 층, 및 상부 소스 절연체 층을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 2는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 비아 캐비티들의 어레이를 희생 매트릭스 층을 관통하게 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 3은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 유전체 필라들의 어레이를 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 각각, 제1, 제2, 및 제3 예시적인 구성들에 대한 희생 재료 층 및 유전체 필라들의 어레이를 관통하는 도 3의 제1 예시적인 구조물의 수평 단면도들. 지그재그 수직 평면들(X-X')은 도 3의 수직 단면도의 평면에 대응함.
도 5는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 절연 층들 및 희생 재료 층들의 교번 스택을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 6은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 교번 스택을 관통하여 연장되는 메모리 개구부들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 각각, 제1, 제2, 및 제3 예시적인 구성들에 대한 희생 재료 층, 유전체 필라들의 어레이, 및 메모리 개구부들의 어레이를 관통하는 도 6의 제1 예시적인 구조물의 수평 단면도들. 지그재그 수직 평면들(X-X')은 도 6의 수직 단면도의 평면에 대응함.
도 8a 내지 도 8d는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 메모리 스택 구조물을 형성하기 위해 이용되는 다양한 처리 단계들 동안의 제1 예시적인 구조물 내의 메모리 개구부의 순차적인 수직 단면도들.
도 9는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 메모리 스택 구조물들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 10은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 한 세트의 단차가 있는(stepped) 표면들 및 역단차가 있는(retro-stepped) 유전체 재료 부분을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 11은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 스루-스택 유전체 지지 필라(through-stack dielectric support pillar)들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 12a는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 배면 트렌치들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 12b는 도 12a의 제1 예시적인 구조물의 투시 평면도(see-through top-down view). 지그재그 수직 평면(A-A')은 제1 예시적인 구성의 경우에 대한 도 12a의 수직 단면의 평면임.
도 13a 내지 도 13c는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 각각, 제1, 제2, 및 제3 예시적인 구성들에 대한 희생 재료 층, 유전체 필라들의 어레이, 및 메모리 개구부들의 어레이를 관통하는 도 12a의 제1 예시적인 구조물의 수평 단면도들. 지그재그 수직 평면들(X-X')은 도 12a의 수직 단면도의 평면에 대응함.
도 14는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 배면 리세스들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 15는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 희생 재료 층들을 전기 전도성 층들로 대체한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 16은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 절연 스페이서를 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 17은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 희생 매트릭스 층을 제거하는 것에 의해 소스 라인 캐비티를 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 18은 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 연속적인 소스 구조물을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 19는 본 개시내용의 제1 실시예에 따른, 다양한 콘택트 비아 구조물들을 형성한 후의 제1 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 20은 본 개시내용의 실시예들에 따른, 유전체 필라들의 다양한 구성들에 대한 메모리 스택 구조물들에 대한 응력의 크기(magnitude)를 예시하는 그래프.
도 21은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 소스 전도성 층, 희생 재료 부분들, 및 임의적인 유전체 라이너를 형성한 후의 예시적인 목적들을 위한 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 22는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 지지 페데스탈 구조물들을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 23은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 절연 층들 및 스페이서 재료 층들의 교번 스택을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 24는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 메모리 개구부들을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 25는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 메모리 스택 구조물들을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 26은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 배면 콘택트 트렌치를 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 27은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 희생 재료 부분들을 제거하고 측방 연장 캐비티들을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 28은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 메모리 막들의 물리적으로 노출된 부분들을 제거한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 29는 도 28의 제2 예시적인 구조물의 한 영역의 확대도.
도 30은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 도핑된 반도체 재료 층을 형성한 후의 컷아웃 영역을 갖는 제2 예시적인 구조물의 사시도.
도 31은 도 30에 도시된 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 32는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 도핑된 반도체 재료 층의 부분들을 배면 콘택트 트렌치 내부로부터 그리고 교번 스택 위쪽으로부터 제거하고 드레인 영역들을 형성한 후의 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 33은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 스페이서 재료 층들을 제거하는 것에 의해 배면 리세스들을 형성한 후의 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 34는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 배면 리세스들에 전기 전도성 층들을 형성한 후의 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 35a는 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 절연 스페이서 및 배면 콘택트 비아 구조물을 형성한 후의 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 35b는 도 35a에서의 평면(B-B')을 따른 제2 예시적인 구조물의 수평 단면도. 평면(A-A')은 도 35a의 수직 단면도의 평면에 대응함.
도 36은 본 개시내용의 제2 실시예에 따른, 부가의 콘택트 비아 구조물들을 형성한 후의 제2 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 37은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 임의적인 절연체 층, 임의적인 블랭킷 전도체 층, 및 매트릭스 재료 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 38은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 매트릭스 재료 층의 상부 부분에 복수의 채널들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 39는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 복수의 채널들에 희생 라이너들 및 희생 레일 구조물들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 40a는 희생 레일 구조물들에 대한 제1 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 39의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 39의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 40b는 희생 레일 구조물들에 대한 제2 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 39의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 39의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 41은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 임의적인 유전체 에칭 정지 층 및 임의적인 소스 연결 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 42는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 임의적인 소스 연결 층, 임의적인 유전체 에칭 정지 층, 및 희생 레일 구조물들을 관통하게 그리고 매트릭스 재료 층을 부분적으로 관통하게 메모리 리세스들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 43a는 희생 레일 구조물들에 대한 제1 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 42의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 42의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 43b는 희생 레일 구조물들에 대한 제2 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 42의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 42의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 44는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 비-컨포멀 퇴적 방법에 의해 격리 유전체 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 45는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 격리 유전체 층을 평탄화한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 46은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 절연 층들 및 제1 스페이서 재료 층들의 제1 교번 스택을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 47은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 교번 스택, 임의적인 소스 연결 층, 임의적인 유전체 에칭 정지 층, 및 희생 레일 구조물들을 관통하게 그리고 매트릭스 재료 층을 부분적으로 관통하게 제1 메모리 개구부들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 48a는 희생 레일 구조물들에 대한 제1 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 47의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 47의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 48b는 희생 레일 구조물들에 대한 제2 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 47의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 47의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 49는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 메모리 개구부들에 제1 메모리 개구부 충전 부분들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 50은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 교번 스택, 제2 교번 스택을 관통하는 제2 개구부들을 채우는 제2 메모리 개구부 충전 구조물들, 제3 교번 스택, 및 제2 교번 스택을 관통하는 제3 개구부들을 채우는 제3 메모리 개구부 충전 구조물들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 51은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 메모리 개구부 충전 구조물들을 제거하는 것에 의해 티어간(inter-tier) 메모리 개구부들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 52는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 메모리 스택 구조물들, 유전체 코어들, 및 드레인 영역들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 53은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 배면 트렌치를 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 54a는 희생 레일 구조물들에 대한 제1 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 53의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 53의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 54b는 희생 레일 구조물들에 대한 제2 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 53의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 53의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 55a 및 도 55b는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 배면 트렌치 내에 반도체 스페이서 및 유전체 스페이서를 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 56은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 배면 트렌치를 소스 연결 층을 관통하여 연장시키고 반도체 산화물 스페이서를 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 57a는 희생 레일 구조물들에 대한 제1 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 56의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 56의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 57b는 희생 레일 구조물들에 대한 제2 예시적인 구성이 제3 예시적인 구조물에 대해 이용되는 경우에 도 56의 제3 예시적인 구조물의 평면도. 수직 평면(X-X')은 도 56의 수직 단면도의 평면을 나타냄.
도 58은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 희생 레일 구조물들을 제거하는 것에 의해 측방 연장 캐비티들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 59는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 희생 라이너들 및 임의적인 유전체 에칭 정지 층의 부분들을 제거한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 60a는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도핑된 반도체 재료 층의 퇴적을 포함하는 제1 처리 시퀀스가 이용되는 경우에 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 60b는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도핑된 반도체 재료 층을 형성하기 전에 드레인 선택 게이트 구조물들이 형성되는 제3 예시적인 구조물에 대한 대안의 구성의 수직 단면도.
도 61은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 소스 전도성 층을 형성하기 위해 도핑된 반도체 재료 층의 수직 부분들을 제거한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 62는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 반도체 산화물 부분을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 63은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 배면 리세스들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 64는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 전기 전도성 층들 및 연속적인 전도성 재료 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 65는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 연속적인 전도성 재료 층을 제거한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 66은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제1 처리 시퀀스의 경우에 유전체 세퍼레이터 구조물(dielectric separator structure)을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 67은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 반도체 스페이서, 유전체 스페이서, 및 반도체 산화물 스페이서의 제거를 이용하는 제2 처리 시퀀스가 이용되는 경우에 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 68은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 선택적 반도체 퇴적에 의해 소스 전도성 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 69는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 리세스 에칭 이후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 70은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 반도체 산화물 부분을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 71은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 배면 리세스들을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 72는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 전기 전도성 층들 및 연속적인 전도성 재료 층을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 73은 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 제2 처리 시퀀스의 경우에 유전체 세퍼레이터 구조물을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 수직 단면도.
도 74는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 유전체 세퍼레이터 구조물을 형성한 후의 제3 예시적인 구조물의 대안의 실시예의 수직 단면도.
도 75a는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(A-A')을 따른 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 75b는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(B-B')을 따른 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 75c는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(C-C')을 따른 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 75d는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(D-D')을 따른 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 75e는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(E-E')을 따른 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 76a는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(A-A')을 따른 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 76b는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(B-B')을 따른 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 76c는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(C-C')을 따른 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 76d는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(D-D')을 따른 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.
도 76e는 본 개시내용의 제3 실시예에 따른, 도 74의 수평 평면(E-E')을 따른 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도.1 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming a lower source insulator layer, a sacrificial matrix layer, and an upper source insulator layer, according to a first embodiment of the present disclosure;
2 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming an array of via cavities through a sacrificial matrix layer, according to a first embodiment of the present disclosure;
3 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming an array of dielectric pillars, according to a first embodiment of the present disclosure;
4A-4C are cross-sectional views of a first embodiment of the first, second, and third exemplary configurations, respectively, according to a first embodiment of the present disclosure, Horizontal cross-sections of an exemplary structure. The zigzag vertical planes (X-X ') correspond to the planes of the vertical cross-sectional view of Fig.
5 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming alternating stacks of insulating layers and sacrificial material layers, according to a first embodiment of the present disclosure;
6 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming memory openings extending through an alternate stack, according to a first embodiment of the present disclosure;
Figures 7A-7C illustrate an array of dielectric pillars, and an array of memory openings, respectively, for a first, second, and third exemplary configurations, according to a first embodiment of the present disclosure. 6 is a horizontal cross-sectional view of the first exemplary structure of Fig. The zigzag vertical planes (X-X ') correspond to the planes of the vertical cross-sectional view of Fig.
Figures 8A-8D are sequential vertical cross-sectional views of a memory opening in a first exemplary structure during various processing steps used to form a memory stack structure, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
Figure 9 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming memory stack structures, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
10 is a vertical section of a first exemplary structure after forming a set of stepped surfaces and a retro-stepped dielectric material portion, according to a first embodiment of the present disclosure; .
11 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming through-stack dielectric support pillars, according to a first embodiment of the present disclosure;
12A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming backside trenches, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
Figure 12b is a see-through top-down view of the first exemplary structure of Figure 12a. The zigzag vertical plane (A-A ') is the plane of the vertical section of Figure 12A for the case of the first exemplary configuration.
Figures 13A-13C illustrate an array of dielectric pillails, and an array of memory openings, respectively, for a first, second, and third exemplary configurations, according to a first embodiment of the present disclosure. Sectional views of the first exemplary structure of Figure 12A. Zigzag vertical planes (X-X ') correspond to the planes of the vertical cross-sectional view of Figure 12 (a).
Figure 14 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming back recesses, according to a first embodiment of the present disclosure;
15 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after replacing sacrificial material layers with electrically conductive layers, according to a first embodiment of the present disclosure;
16 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming an insulating spacer, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
17 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming a source line cavity by removing a sacrificial matrix layer, according to a first embodiment of the present disclosure;
18 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming a continuous source structure, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
19 is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after forming various contact via structures, in accordance with a first embodiment of the present disclosure;
Figure 20 is a graph illustrating the magnitude of stresses to memory stack structures for various configurations of dielectric pillars, in accordance with embodiments of the present disclosure;
Figure 21 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region for exemplary purposes after forming a source conductive layer, sacrificial material portions, and optional dielectric liner, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
Figure 22 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming support pedestal structures, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
23 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming alternating stacks of insulating layers and spacer material layers, according to a second embodiment of the present disclosure;
Figure 24 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming memory openings, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
Figure 25 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming memory stack structures, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
Figure 26 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming a back contact trench, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
Figure 27 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after removing sacrificial material portions and forming laterally extending cavities, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
28 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after removing physically exposed portions of memory films, according to a second embodiment of the present disclosure;
Figure 29 is an enlarged view of an area of the second exemplary structure of Figure 28;
Figure 30 is a perspective view of a second exemplary structure having a cutout region after forming a doped semiconductor material layer, according to a second embodiment of the present disclosure;
31 is a vertical cross-sectional view of the second exemplary structure shown in FIG. 30;
32 is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after removing portions of the doped semiconductor material layer from within the backside contact trench and above the alternate stack and forming the drain regions, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
33 is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after forming the backside recesses by removing spacer material layers, according to a second embodiment of the present disclosure;
34 is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after forming the electrically conductive layers in the backside recesses, according to a second embodiment of the present disclosure;
35A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after forming an insulating spacer and a rear contact via structure, according to a second embodiment of the present disclosure;
35B is a horizontal cross-sectional view of a second exemplary structure along plane B-B 'in Fig. 35A. Fig. The plane A-A 'corresponds to the plane of the vertical sectional view of Fig. 35A.
36 is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after forming additional contact via structures, in accordance with a second embodiment of the present disclosure;
37 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming an optional insulator layer, an optional blanket conductor layer, and a layer of matrix material, according to a third embodiment of the present disclosure;
Figure 38 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a plurality of channels in the upper portion of the matrix material layer, according to the third embodiment of the present disclosure;
39 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming sacrificial liners and sacrificial rail structures in a plurality of channels, according to a third embodiment of the present disclosure;
40A is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 39 when a first exemplary configuration for sacrificial rail structures is used for the third exemplary structure; FIG. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of FIG.
40B is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 39 when a second exemplary configuration for sacrificial rail structures is used for the third exemplary structure; The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of FIG.
41 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming an optional dielectric etch stop layer and an optional source interconnect layer, in accordance with a third embodiment of the present disclosure;
FIG. 42 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor memory device in accordance with the third embodiment of the present disclosure, after forming the memory recesses to penetrate the arbitrary source interconnect layer, the optional dielectric etch stop layer, and the sacrificial rail structures and partially penetrate the matrix material layer. 3 is a vertical sectional view of a third exemplary structure;
43A is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 42 when a first exemplary configuration for sacrificial rail structures is utilized for the third exemplary structure; FIG. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of FIG.
43B is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 42 when a second exemplary configuration for sacrificial rail structures is used for the third exemplary structure; The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of FIG.
44 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming an isolation dielectric layer by a non-conformal deposition method, according to a third embodiment of the present disclosure;
45 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after planarization of an isolation dielectric layer, according to a third embodiment of the present disclosure;
46 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a first alternating stack of first insulating layers and first spacer material layers, according to a third embodiment of the present disclosure;
Figure 47 is a cross-sectional view of a first alternate stack, an optional source connecting layer, an optional dielectric etch stop layer, and sacrificial rail structures, according to a third embodiment of the present disclosure, Sectional view of a third exemplary structure after forming memory openings.
48a is a plan view of the third exemplary structure of Fig. 47 when a first exemplary configuration for sacrificial rail structures is utilized for the third exemplary structure; Fig. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of Fig.
Figure 48B is a plan view of the third exemplary structure of Figure 47 when a second exemplary configuration for sacrificial rail structures is used for the third exemplary structure; The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical sectional view of Fig.
49 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming first memory opening fill portions in first memory openings, according to a third embodiment of the present disclosure;
50 is a cross-sectional view of a third alternate stack, a second alternate stack, and a second alternate stack, according to a third embodiment of the present disclosure, including a second alternate stack, second memory opening fill structures to fill second openings through the second alternate stack, Sectional view of a third exemplary structure after forming third memory opening fill structures that fill third through openings.
51 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming inter-tier memory openings by removing memory opening fill structures, in accordance with a third embodiment of the present disclosure;
Figure 52 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming memory stack structures, dielectric cores, and drain regions, according to a third embodiment of the present disclosure;
53 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a backside trench, according to a third embodiment of the present disclosure;
FIG. 54A is a top view of the third exemplary structure of FIG. 53 when a first exemplary configuration for sacrificial rail structures is utilized for the third exemplary structure; FIG. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical section of FIG.
FIG. 54B is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 53 when a second exemplary configuration for sacrificial rail structures is utilized for the third exemplary structure; FIG. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical section of FIG.
55A and 55B are vertical cross-sectional views of a third exemplary structure after forming the semiconductor spacers and dielectric spacers in the backside trenches, according to a third embodiment of the present disclosure;
56 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after extending the backside trench through the source connection layer and forming the semiconductor oxide spacer, according to the third embodiment of the present disclosure;
Figure 57a is a plan view of the third exemplary structure of Figure 56 when a first exemplary configuration for sacrificial rail structures is used for the third exemplary structure; The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical cross-sectional view of Figure 56.
FIG. 57B is a plan view of the third exemplary structure of FIG. 56 when a second exemplary configuration for sacrificial rail structures is utilized for the third exemplary structure; FIG. The vertical plane (X-X ') represents the plane of the vertical cross-sectional view of Figure 56.
58 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming lateral extending cavities by removing sacrificial rail structures, according to a third embodiment of the present disclosure;
59 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after removing sacrificial liners and portions of an optional dielectric etch stop layer, according to a third embodiment of the present disclosure;
60A is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure in the case where a first process sequence is used, including deposition of a doped semiconductor material layer, in accordance with a third embodiment of the present disclosure;
60B is a vertical cross-sectional view of an alternative arrangement for a third exemplary structure in which drain select gate structures are formed prior to forming the doped semiconductor material layer, according to the third embodiment of the present disclosure;
61 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after removing vertical portions of the doped semiconductor material layer to form the source conductive layer in the case of the first processing sequence, according to the third embodiment of the present disclosure;
62 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a semiconductor oxide portion in the case of a first processing sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
63 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming the backside recesses in the case of the first processing sequence, according to the third embodiment of the present disclosure;
64 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming the electrically conductive layers and the continuous layer of conductive material in the case of the first process sequence, according to the third embodiment of the present disclosure;
65 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after removing a continuous layer of conductive material in the case of a first processing sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
FIG. 66 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a dielectric separator structure in the case of a first process sequence, according to a third embodiment of the present disclosure; FIG.
67 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure when a second process sequence is utilized that utilizes removal of semiconductor spacers, dielectric spacers, and semiconductor oxide spacers, in accordance with a third embodiment of the present disclosure;
68 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming the source conductive layer by selective semiconductor deposition in the case of the second process sequence, according to the third embodiment of the present disclosure;
69 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after a recess etch in the case of a second process sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
70 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a semiconductor oxide portion in the case of a second processing sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
71 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming back recesses in the case of a second process sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
72 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming the electrically conductive layers and the continuous layer of conductive material in the case of the second process sequence, according to the third embodiment of the present disclosure;
73 is a vertical cross-sectional view of a third exemplary structure after forming a dielectric separator structure in the case of a second process sequence, according to a third embodiment of the present disclosure;
74 is a vertical cross-sectional view of an alternate embodiment of a third exemplary structure after forming a dielectric separator structure, according to a third embodiment of the present disclosure;
75A is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a first configuration along the horizontal plane (A-A ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
75B is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a first configuration along the horizontal plane (B-B ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
75C is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a first configuration along the horizontal plane (C-C ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
75D is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a first configuration along the horizontal plane (D-D ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
Figure 75E is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a first configuration along the horizontal plane (E-E ') of Figure 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
76A is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a second configuration along the horizontal plane (A-A ') of FIG. 74, according to the third embodiment of the present disclosure;
FIG. 76B is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a second configuration along the horizontal plane (B-B ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
76C is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a second configuration along the horizontal plane (C-C ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
76D is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a second configuration along the horizontal plane (D-D ') of FIG. 74, according to the third embodiment of the present disclosure;
76E is a horizontal cross-sectional view of a third exemplary structure in a second configuration along the horizontal plane (E-E ') of FIG. 74, according to a third embodiment of the present disclosure;
앞서 논의된 바와 같이, 본 개시내용은, 수직 NAND 스트링들 및 다른 3차원 디바이스들과 같은, 3차원 메모리 구조물들, 그리고 그 제조 방법들에 관한 것이고, 그의 다양한 양태들이 이하에서 기술된다. 본 개시내용의 실시예들은 다중레벨 메모리 구조물 - 그의 비제한적인 예들은 복수의 NAND 메모리 스트링들을 포함하는 3차원 모놀리식 메모리 어레이 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들을 포함함 - 을 포함하는 다양한 구조물들을 형성하는 데 이용될 수 있다. 도면들이 일정한 축척으로 그려져 있지 않다. 요소의 다수의 인스턴스들이 중복될 수 있고, 여기서 요소들의 중복이 없음이 명시적으로 기술되지 않거나 달리 명확히 표시되지 않는 한, 요소의 단일 인스턴스가 예시된다. "제1", "제2", 및 "제3"과 같은 서수들은 단지 유사한 요소들을 식별하는 데 이용되고, 본 개시내용의 명세서 및 청구범위에 걸쳐 상이한 서수들이 이용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 제2 요소 "상에" 위치된 제1 요소는 제2 요소의 표면의 외부 측면 상에 또는 제2 요소의 내부 측면 상에 위치될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 요소의 표면과 제2 요소의 표면 사이에 물리적 접촉이 존재하는 경우, 제1 요소는 제2 요소 "바로 위에" 위치된다.As discussed above, the present disclosure is directed to three-dimensional memory structures, such as vertical NAND strings and other three-dimensional devices, and methods of fabrication thereof, and various aspects thereof are described below. Embodiments of the present disclosure may be embodied in a variety of forms including multi-level memory structures, including non-limiting examples of which include semiconductor devices such as three-dimensional monolithic memory array devices including a plurality of NAND memory strings . ≪ / RTI > The drawings are not drawn to scale. Multiple instances of an element may be duplicated, wherein a single instance of the element is exemplified unless the absence of duplication of elements is not explicitly stated or otherwise explicitly indicated. Ordinates such as " first ", "second ", and" third "are used merely to identify similar elements, and different ordinances may be used throughout the specification and claims of the present disclosure. As used herein, a first element located "on " a second element may be located on the outer side of the surface of the second element or on the inner side of the second element. As used herein, when there is a physical contact between the surface of the first element and the surface of the second element, the first element is "directly over" the second element.
본원에서 사용되는 바와 같이, "층(layer)"은 두께를 갖는 영역을 포함하는 재료 부분을 지칭한다. 층은 아래에 있는 또는 위에 있는 구조물 전체에 걸쳐 연장될 수 있거나, 아래에 있는 또는 위에 있는 구조물의 범위(extent)보다 더 작은 범위를 가질 수 있다. 게다가, 층은 연속적인 구조물의 두께보다 더 작은 두께를 갖는 균질한 또는 비균질한 연속적인 구조물의 영역일 수 있다. 예를 들어, 층은 연속적인 구조물의 상단 표면과 하단 표면 사이에 있는 또는 상단 표면 및 하단 표면에 있는 임의의 수평 평면들의 쌍 사이에 위치될 수 있다. 층은 수평으로, 수직으로, 그리고/또는 테이퍼진 표면을 따라 연장될 수 있다. 기판은 층일 수 있고, 기판에 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 그리고/또는 기판 상에, 기판 위쪽에, 그리고/또는 기판 아래에 하나 이상의 층을 가질 수 있다.As used herein, "layer" refers to a portion of a material that includes a region having a thickness. The layer may extend over the underlying or over the structure, or may have a smaller extent than the underlying, or overlying, extent of the structure. In addition, the layer may be a region of a homogeneous or heterogeneous continuous structure having a thickness less than the thickness of the continuous structure. For example, the layer may be positioned between a pair of any horizontal planes that are between the top surface and the bottom surface of the continuous structure or that are on the top surface and bottom surface. The layer may extend horizontally, vertically, and / or along a tapered surface. The substrate can be a layer, can include one or more layers on the substrate, and / or can have one or more layers on the substrate, above the substrate, and / or below the substrate.
본원에서 사용되는 바와 같이, "전계 효과 트랜지스터"는 반도체 채널 - 이를 통해 전류가 외부 전계에 의해 변조된 전류 밀도로 흐름 - 을 갖는 임의의 반도체 디바이스를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "활성 영역"은 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역 또는 전계 효과 트랜지스터의 드레인 영역을 지칭한다. "상단 활성 영역(top active region)"은 전계 효과 트랜지스터의 다른 활성 영역 위쪽에 위치되는 전계 효과 트랜지스터의 활성 영역을 지칭한다. "하단 활성 영역(bottom active region)"은 전계 효과 트랜지스터의 다른 활성 영역 아래쪽에 위치되는 전계 효과 트랜지스터의 활성 영역을 지칭한다. 모놀리식 3차원 메모리 어레이는 다수의 메모리 레벨들이 어떠한 개재 기판들도 없이, 반도체 웨이퍼와 같은, 단일 기판 위쪽에 형성되는 메모리 어레이이다. "모놀리식"이라는 용어는 어레이의 각각의 레벨의 층들이 어레이의 각각의 아래에 있는 레벨의 층들 바로 위에 퇴적된다는 것을 의미한다. 이와 달리, 2차원 어레이들이 개별적으로 형성된 다음에, 비-모놀리식 메모리 디바이스를 형성하기 위해 함께 패키징될 수 있다. 예를 들어, 발명의 명칭이 "Three-dimensional Structure Memory"인 미국 특허 제5,915,167호에 기술된 바와 같이, 메모리 레벨들을 개별적인 기판들 상에 형성하고 메모리 레벨들을 수직으로 적층시키는 것에 의해 비-모놀리식 적층형 메모리들이 구성되었다. 기판들이 본딩 이전에 박형화되거나 메모리 레벨들로부터 제거될 수 있지만, 메모리 레벨들이 처음에 개별적인 기판들 위에 형성되기 때문에, 이러한 메모리들은 진정한 모놀리식 3차원 메모리 어레이들이 아니다. 본 개시내용의 다양한 3차원 메모리 디바이스들은 모놀리식 3차원 NAND 스트링 메모리 디바이스를 포함하고, 본원에 기술되는 다양한 실시예들을 이용하여 제조될 수 있다.As used herein, a "field effect transistor" refers to any semiconductor device having a semiconductor channel, through which current flows at a current density modulated by an external electric field. As used herein, "active region" refers to the source region of a field effect transistor or the drain region of a field effect transistor. The "top active region" refers to the active region of a field effect transistor located above another active region of the field effect transistor. The "bottom active region" refers to the active region of a field effect transistor located below another active region of the field effect transistor. A monolithic three-dimensional memory array is a memory array in which a plurality of memory levels are formed above a single substrate, such as a semiconductor wafer, without any intervening substrates. The term "monolithic" means that layers at each level of the array are deposited directly above the layers at levels below each of the arrays. Alternatively, two-dimensional arrays may be separately formed and then packaged together to form a non-monolithic memory device. For example, as described in U. S. Patent No. 5,915, 167 entitled " Three-dimensional Structure Memory ", non-monolithic memory structures are formed by forming memory levels on individual substrates and stacking memory levels vertically, Eclipse type memories were constructed. These memories are not true monolithic three dimensional memory arrays, since the memory levels may initially be formed on separate substrates, although the substrates may be thinned or removed from memory levels prior to bonding. The various three-dimensional memory devices of the present disclosure include monolithic three-dimensional NAND string memory devices and may be fabricated using various embodiments described herein.
도 1을 참조하면, 예를 들어, 수직 NAND 메모리 디바이스들을 포함하는 디바이스 구조물을 제조하는 데 이용될 수 있는, 본 개시내용의 제1 실시예에 따른 제1 예시적인 구조물이 예시되어 있다. 제1 예시적인 구조물은 반도체 기판(예컨대, 단결정 실리콘 웨이퍼와 같은, 반도체 기판)일 수 있는 기판을 포함한다. 기판은 기판 반도체 층(10)을 포함할 수 있다. 기판 반도체 층(10)은 반도체 재료 층이고, 적어도 하나의 원소 반도체 재료(예컨대, 단결정 실리콘과 같은, 실리콘), 적어도 하나의 III-V족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 II-VI족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 유기 반도체 재료, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 반도체 재료들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a first exemplary structure according to a first embodiment of the present disclosure, which may be used to fabricate a device structure including, for example, vertical NAND memory devices, is illustrated. The first exemplary structure includes a substrate that can be a semiconductor substrate (e.g., a semiconductor substrate, such as a monocrystalline silicon wafer). The substrate may comprise a
본원에서 사용되는 바와 같이, "반도체 재료"는 1.0 x 10-6 S/cm 내지 1.0 x 105 S/cm의 범위에 있는 전기 전도율을 갖는 재료를 지칭하고, 전기 도펀트에 의한 적당한 도핑 시에 1.0 S/cm 내지 1.0 x 105 S/cm의 범위에 있는 전기 전도율을 갖는 도핑된 재료를 생성할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전기 도펀트"는 밴드 구조(band structure) 내의 가전자 밴드(valance band)에 정공(hole)을 추가하는 p-형 도펀트, 또는 밴드 구조 내의 전도 밴드(conduction band)에 전자를 추가하는 n-형 도펀트를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전도성 재료"는 1.0 x 105 S/cm 초과의 전기 전도율을 갖는 재료를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "절연 재료" 또는 "유전체 재료"는 1.0 x 10-6 S/cm 미만의 전기 전도율을 갖는 재료를 지칭한다. 전기 전도율들에 대한 모든 측정들은 표준의 조건에서 행해진다. 기판 반도체 층(10)은 실질적으로 균일한 도펀트 농도를 갖는 적어도 하나의 도핑된 웰(명확히 도시되어 있지 않음)을 포함할 수 있다.As used herein, "semiconductor material" is 1.0 x 10 -6 S / cm to 1.0 x 10 5 refers to a material having a conductivity in the range of S / cm, and at a suitable doping by a dopant electric 1.0 It is possible to produce a doped material having an electrical conductivity in the range of S / cm to 1.0 x 10 < 5 > S / cm. As used herein, an "electrical dopant" is a p-type dopant that adds holes to valance bands in a band structure, or a conduction band in a band structure. Type dopant that adds electrons. As used herein, "conductive material" refers to a material having an electrical conductivity of greater than 1.0 x 10 5 S / cm. As used herein, "insulating material" or "dielectric material" refers to a material having an electrical conductivity of less than 1.0 x 10-6 S / cm. All measurements of electrical conductivities are made under standard conditions. The
제1 예시적인 구조물은 상이한 유형들의 디바이스들을 제조하기 위한 다수의 영역들을 가질 수 있다. 이러한 구역들은, 예를 들어, 메모리 어레이 영역(100), 콘택트 영역(300), 및 주변 디바이스 영역(200)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판 반도체 층(10)은 메모리 어레이 영역(100)에 적어도 하나의 도핑된 웰을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "도핑된 웰"은 전체에 걸쳐 동일한 전도성 유형(p-형 또는 n-형일 수 있음)의 도핑 및 실질적으로 동일한 레벨의 도펀트 농도를 갖는 반도체 재료의 일부분을 지칭한다. 도핑된 웰은 기판 반도체 층(10)과 동일할 수 있거나 기판 반도체 층(10)의 일부분일 수 있다. 도핑된 웰의 전도성 유형은 본원에서, p-형 또는 n-형일 수 있는, 제1 전도성 유형이라고 지칭된다. 도핑된 웰의 도펀트 농도 레벨은 본원에서 제1 도펀트 농도 레벨이라고 지칭된다. 일 실시예에서, 제1 도펀트 농도 레벨은 1.0 x 1015/cm3 내지 1.0 x 1018/cm3의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 그리고 보다 큰 도펀트 농도 레벨들이 또한 이용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 도펀트 농도 레벨은 주어진 영역에 대한 평균 도펀트 농도를 지칭한다.The first exemplary structure may have multiple regions for manufacturing different types of devices. These regions may include, for example, a
주변 디바이스들(210)은 주변 디바이스 영역(200) 내에 위치된 기판 반도체 층(10)의 일부분에 또는 그 상에 형성될 수 있다. 주변 디바이스들은 메모리 어레이 영역(100)에 형성될 메모리 디바이스들을 동작시키는 데 이용되는 다양한 디바이스들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 메모리 디바이스들의 다양한 컴포넌트들에 대한 구동기 회로들을 포함할 수 있다. 주변 디바이스들(210)은, 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터들 및/또는, 저항기들, 커패시터들, 인덕터들, 다이오드들 등과 같은, 수동 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
하부 소스 절연 층(12)이 기판 반도체 층(10) 위쪽에 형성될 수 있다. 하부 소스 절연 층(12)은 차후에 형성될 연속적인 소스 구조물의, 기판 반도체 층(10)으로부터의, 전기적 격리를 제공한다. 하부 소스 절연 층(12)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 (HfO2, ZrO2, LaO2 등과 같은) 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있다. 하부 소스 절연 층(12)의 두께는 3 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.The lower
희생 매트릭스 층(14)이 하부 소스 절연 층(14) 위에 형성될 수 있다. 희생 매트릭스 층(14)은 하부 소스 절연 층(12)의 재료에 대해 선택적으로 그리고 차후에 형성될 상부 소스 절연 층 및 절연 스페이서의 재료들에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 재료를 포함한다. 예를 들어, 희생 매트릭스 층(14)은 폴리실리콘 또는 실리콘-게르마늄 합금과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있거나, 비정질 탄소, 유기 폴리머, 또는 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 희생 매트릭스 층(14)은 화학적 기상 퇴적, 물리적 기상 퇴적, 또는 스핀 코팅에 의해 퇴적될 수 있다. 희생 매트릭스 층(14)의 두께는 10 nm 내지 60 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.A
임의적인 상부 소스 절연 층(16)이 희생 매트릭스 층(14) 위쪽에 형성될 수 있다. 상부 소스 절연 층(16)은 차후에 형성될 연속적인 소스 구조물의, 차후에 형성될 전기 전도성 층들로부터의, 전기적 격리를 제공한다. 상부 소스 절연 층(16)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 (HfO2, ZrO2, LaO2 등과 같은) 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상부 소스 절연 층(16)의 두께는 3 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 상부 소스 절연 층(16) 위에 형성될 후속하는 교번 스택이 희생 재료 층으로 시작하는 경우, 상부 소스 절연 층(16)이 포함되는 것이 바람직하다. 상부 소스 절연 층(16) 위에 형성될 후속하는 교번 스택이 절연 층으로 시작하는 경우, 상부 소스 절연 층(16)은 임의적이고, 교번 스택의 첫 번째 절연 재료가 상부 소스 절연 층(16)으로서 기능할 수 있다 - 즉, 상부 소스 절연 층(16)으로서 식별될 수 있음 -. 본 개시내용이 상부 소스 절연 층(16)이 차후에 형성될 교번 스택의 최하단 절연 층과 상이한 실시예를 이용하여 기술되지만, 상부 소스 절연 층(16)이 최하단 절연 층과 동일한 실시예들이 명확히 생각되고 있다.An optional upper
도 2를 참조하면, 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 상부 소스 절연 층(16) 위에 도포될 수 있고 그에 개구부의 어레이를 형성하기 위해 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있다. 포토레지스트 층에서의 개구부들의 어레이의 패턴은 반응성 이온 에칭과 같은 비등방성 에칭에 의해 상부 소스 절연 층(16) 및 희생 매트릭스 층(14)을 관통하여 전사될 수 있다. 하부 소스 절연 층(12)이 에칭 정지 층으로서 이용될 수 있다. 원하는 경우, 에칭이 하부 소스 절연 층(12)을 관통하여 기판 반도체 층(10)의 상단 표면까지 또는 상단 표면 내로 계속될 수 있다. 비아 캐비티들(19)의 어레이가 희생 매트릭스 층(14)에 형성될 수 있다. 캐비티들(19)은 하부 소스 절연 층(12)까지, 하부 소스 절연 층(12)을 관통하여 기판 반도체 층(10)의 상단 표면까지 또는 기판 반도체 층(10) 내로 연장될 수 있다. 비아 캐비티들(19)의 어레이는 주기적인 패턴을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 비아 캐비티(19)는 실질적으로 수직인 측벽들을 가질 수 있고 그리고/또는 실질적으로 원형인 수평 단면 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 비아 캐비티(19)는 실질적으로 원통형인 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 비아 캐비티들(19)의 어레이는 단위 셀 구조의 인스턴스들의 2차원 주기적 어레이일 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다.Referring to FIG. 2, a photoresist layer (not shown) may be applied over the top
도 3을 참조하면, 유전체 충전 재료가, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적 또는 스핀 코팅에 의해 비아 캐비티들(19)의 어레이에 퇴적된다. 유전체 충전 재료는, 예를 들어, (도핑된 실리케이트 유리 또는 도핑되지 않은 실리케이트 유리와 같은) 실리콘 산화물, 유전체 금속 산화물, 실리콘 질화물, 유기 실리케이트 유리, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 충전 재료는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 퇴적된 유전체 충전 재료의 잉여 부분들은, 리세스 에칭 및/또는 화학 기계적 평탄화를 이용할 수 있는, 평탄화 공정에 의해 상부 소스 절연 층(16)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽으로부터 제거될 수 있다.Referring to FIG. 3, a dielectric fill material is deposited in an array of via
비아 캐비티들(19)을 채우는 유전체 충전 재료의 남아 있는 부분들은 유전체 필라들(20)의 어레이를 구성한다. 유전체 필라들(20)의 어레이는 주기적인 패턴을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 유전체 필라(20)는 실질적으로 수직인 측벽들을 가질 수 있고 그리고/또는 실질적으로 원형인 수평 단면 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 유전체 필라(20)는 실질적으로 원통형인 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 어레이는 단위 셀 구조의 인스턴스들의 2차원 주기적 어레이일 수 있다. 유전체 필라들(20)의 상단 표면들 및 상부 소스 절연 층(16)의 상단 표면은 코플래너(coplanar)일 수 있다 - 즉, 동일한 유클리드 평면 내에 위치될 수 있음 -.The remaining portions of the dielectric fill material filling the via cavities 19 constitute an array of
도 4a 내지 도 4c는 유전체 필라들(20)의 어레이에 대해 이용될 수 있는 다양한 예시적인 패턴들을 예시하고 있다. 구체적으로는, 도 4a 내지 도 4c는, 각각, 제1, 제2, 및 제3 예시적인 구성들에 대한 유전체 필라들(20)의 어레이를 예시하고 있다. 도 4a에 예시된 패턴은 본원에서 지그재그 패턴이라고 지칭되고, 도 4b에 예시된 패턴은 본원에서 격자 패턴이라고 지칭되며, 도 4c에 예시된 패턴은 본원에서 대각 패턴이라고 지칭된다. 지그재그 패턴은 유전체 필라들(20)의 지그재그 행들(즉, 톱니 형상의 행들)을 포함할 수 있다. 행들은 워드 라인 방향에 평행하게 또는 비트 라인 방향에 평행하게 연장될 수 있다. 격자 패턴은 필라들(20)의 직사각형 또는 정사각형 단위 셀들을 형성하는 필라들(20)의 복수의 선형 행들 및 열들을 포함할 수 있다. 대각 패턴은 비트 라인 방향 및 워드 라인 방향에 대해, 약 45도와 같은, 30도 내지 60도의 각도로 연장되는 필라들(20)의 복수의 평행 대각 행들을 포함할 수 있다. 행들은 직각이 없는 평행사변형 형상의 단위 셀들을 형성한다. 각각의 패턴의 주기성은 차후에 형성될 메모리 개구부들의 패턴과 상응하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 각각의 패턴의 주기성은 동일한 방향을 따라 차후에 형성될 메모리 개구부들의 주기성과 동일할 수 있거나 그의 정수배일 수 있다.Figures 4A-4C illustrate various exemplary patterns that may be used for arrays of
도 5를 참조하면, 제1 재료 층들(절연 층들(32)일 수 있음) 및 제2 재료 층들(스페이서 재료 층들이라고 지칭됨)의 교번 스택이 상부 소스 절연 층(16) 위에 형성된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "재료 층"은 층 전체에 걸쳐 재료를 포함하는 층을 지칭한다. 일 실시예에서, 교번 스택은 절연 층들(32) 및 각각의 수직으로 이웃하는 절연 층들(32)의 쌍 사이에 위치되는 스페이서 재료 층들을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "스페이서 재료 층"은 2개의 다른 재료 층 사이, 즉 위에 있는 재료 층과 아래에 있는 재료 층 사이에 위치되는 재료 층을 지칭한다. 스페이서 재료 층들은 전기 전도성 층들로서 형성될 수 있거나, 후속 처리 단계에서 전기 전도성 층들로 대체될 수 있다.5, alternate stacks of first material layers (which may be insulating layers 32) and second material layers (which are referred to as spacer material layers) are formed over the top
본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 요소들 및 제2 요소들의 교번 스택은 제1 요소들의 인스턴스들과 제2 요소들의 인스턴스들이 교대로 있는 구조물을 지칭한다. 교대로 있는 복수의 요소들 중 말단 요소(end element)가 아닌 제1 요소들의 각각의 인스턴스는 양측에 있는 제2 요소들의 2개의 인스턴스와 인접해 있고, 교대로 있는 복수의 요소들 중 말단 요소가 아닌 제2 요소들의 각각의 인스턴스는 양측에 있는 제1 요소들의 2개의 인스턴스와 인접해 있다. 제1 요소들은 그들 간에 동일한 두께를 가질 수 있거나, 상이한 두께들을 가질 수 있다. 제2 요소들은 그들 간에 동일한 두께를 가질 수 있거나, 상이한 두께들을 가질 수 있다. 교대로 있는 복수의 제1 재료 층들 및 제2 재료 층들은 제1 재료 층들의 인스턴스로 또는 제2 재료 층들의 인스턴스로 시작할 수 있고, 제1 재료 층들의 인스턴스로 또는 제2 재료 층들의 인스턴스로 끝날 수 있다. 일 실시예에서, 제1 요소들의 인스턴스 및 제2 요소들의 인스턴스는 교대로 있는 복수의 요소들 내에서 주기성을 갖고 반복되는 단위를 형성할 수 있다.As used herein, the alternating stack of first elements and second elements refers to a structure in which instances of first elements and instances of second elements alternate. Each instance of the first of the plurality of alternating elements not adjacent to the end is adjacent to the two instances of the second elements on either side and the end of the plurality of alternating elements Each of the second elements is adjacent to two instances of the first elements on both sides. The first elements may have the same thickness between them, or they may have different thicknesses. The second elements may have the same thickness therebetween, or they may have different thicknesses. A plurality of alternating first and second material layers may start with an instance of the first material layers or with an instance of the second material layers and may begin with an instance of the first material layers or with an instance of the second material layers . In one embodiment, instances of the first elements and instances of the second elements may form a repeating unit with periodicity within a plurality of alternating elements.
각각의 제1 재료 층은 제1 재료를 포함하고, 각각의 제2 재료 층은 제1 재료와 상이한 제2 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 제1 재료 층은 절연 층(32)일 수 있고, 각각의 제2 재료 층(즉, 스페이서 재료 층들)은 희생 재료 층(42)일 수 있다. 이 경우에, 스택은 교대로 있는 복수의 절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)을 포함할 수 있으며, 절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)을 포함하는 공정 중 교번 스택(in-process alternating stack)을 구성한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 요소들 및 제2 요소들의 "교번 스택"은 제1 요소의 인스턴스들과 제2 요소의 인스턴스들이, 수직 방향과 같은, 동일한 방향을 따라 교대로 있는 구조물이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "프로토타입" 구조물 또는 "공정 중" 구조물은 그 내의 적어도 하나의 컴포넌트의 형상 또는 조성이 차후에 수정되는 일시적 구조물을 지칭한다. 따라서, 공정 중 교번 스택(32, 42)이 하부 소스 절연체 층(12), 희생 매트릭스 층(14), 및 상부 소스 절연체 층(16)의 층 스택 위에 형성될 수 있다.Each first material layer comprises a first material, and each second material layer comprises a second material different from the first material. In one embodiment, each first material layer may be an insulating
일 실시예에서, 교번 스택(32, 42)은 제1 재료로 이루어진 절연 층들(32), 및 절연 층들(32)의 재료와 상이한 제2 재료로 이루어진 희생 재료 층들(42)을 포함할 수 있다. 절연 층들(32)의 제1 재료는 적어도 하나의 절연 재료일 수 있다. 이에 따라, 각각의 절연 층(32)은 절연 재료 층일 수 있다. 절연 층들(32)에 대해 이용될 수 있는 절연 재료들은 실리콘 산화물(도핑된 또는 도핑되지 않은 실리케이트 유리를 포함함), 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 유기 실리케이트 유리(OSG), 스핀-온 유전체 재료(spin-on dielectric material)들, 고 유전 상수(하이-k) 유전체 산화물들(예컨대, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등)이라고 흔히 알려져 있는 유전체 금속 산화물들 및 그의 실리케이트들, 유전체 금속 산질화물들 및 그의 실리케이트들, 그리고 유기 절연 재료들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 절연 층들(32)의 제1 재료는 실리콘 산화물일 수 있다.In alternate embodiments,
희생 재료 층들(42)의 제2 재료는 절연 층들(32)의 제1 재료에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 희생 재료이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제거 공정이 제2 재료의 제거 속도의 적어도 2배인 속도로 제1 재료를 제거하는 경우, 제1 재료의 제거가 제2 재료에 대해 "선택적"이다. 제2 재료의 제거 속도에 대한 제1 재료의 제거 속도의 비는 본원에서 제2 재료에 대한 제1 재료의 제거 공정의 "선택도(selectivity)"라고 지칭된다.The second material of the sacrificial material layers 42 is a sacrificial material that can be selectively removed relative to the first material of the insulating layers 32. As used herein, when the removal process removes the first material at a rate that is at least twice the removal rate of the second material, removal of the first material is "optional" for the second material. The ratio of the removal rate of the first material to the removal rate of the second material is referred to herein as the "selectivity" of the removal process of the first material for the second material.
희생 재료 층들(42)은 절연 재료, 반도체 재료, 또는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료는, 예를 들어, 수직 NAND 디바이스의 제어 게이트 전극들로서 기능할 수 있는 전기 전도성 전극들로 차후에 대체될 수 있다. 제2 재료의 비제한적인 예들은 실리콘 질화물, (비정질 실리콘과 같은) 비정질 반도체 재료, 및 (폴리실리콘과 같은) 다결정 반도체 재료을 포함한다. 일 실시예에서, 희생 재료 층들(42)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 하나를 비롯한 반도체 재료를 포함하는 스페이서 재료 층들일 수 있다.The sacrificial material layers 42 may comprise an insulating material, a semiconductor material, or a conductive material. The second material of sacrificial material layers 42 may be subsequently replaced with electrically conductive electrodes, which may, for example, function as control gate electrodes of a vertical NAND device. Non-limiting examples of the second material include silicon nitride, an amorphous semiconductor material (such as amorphous silicon), and a polycrystalline semiconductor material (such as polysilicon). In one embodiment, the sacrificial material layers 42 may be silicon nitride or spacer material layers comprising a semiconductor material, including at least one of silicon and germanium.
예시적인 예로서, 절연 층들(32)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 희생 재료 층들은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 질화물 재료는, 실리콘이 적어도 하나의 IV족 원소의 50 원자 퍼센트 초과를 차지하고 질소가 비금속 원소의 50 원자 퍼센트 초과를 차지하도록 되어 있는, 적어도 하나의 IV족 원소 및 적어도 하나의 비금속 원소의 유전체 화합물을 지칭한다. 이에 따라, 실리콘 질화물들은 Si3N4 및 질소의 원자 농도가 산소의 원자 농도보다 더 큰 실리콘 산질화물을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 실리콘 산화물, 또는 실리콘 산화물 재료는, 실리콘이 적어도 하나의 IV족 원소의 50 원자 퍼센트 초과를 차지하고 산소가 비금속 원소의 50 원자 퍼센트 초과를 차지하도록 되어 있는, 적어도 하나의 IV족 원소 및 적어도 하나의 비금속 원소의 유전체 화합물을 지칭한다. 실리콘 산화물들은 실리콘 이산화물, 실리콘의 원자 농도가 게르마늄의 원자 농도보다 더 큰 실리콘-게르마늄 합금의 산화물, 산소의 원자 농도가 질소의 원자 농도보다 더 큰 실리콘 산질화물, 및 (포스포실리케이트 유리, 플루오로실리케이트 유리, 보로포스포실리케이트 유리, 유기 실리케이트 유리 등과 같은) 그의 도핑된 유도체들을 포함한다. 절연 층들(32)의 제1 재료는, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD)에 의해 퇴적될 수 있다. 예를 들어, 절연 층들(32)에 대해 실리콘 산화물이 이용되는 경우, TEOS(tetraethyl orthosilicate)가 CVD 공정에 대한 전구체 재료로서 이용될 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료는, 예를 들어, CVD 또는 원자 층 퇴적(ALD)에 의해 형성될 수 있다.As an illustrative example, the insulating
절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)의 두께들은 20 nm 내지 50 nm의 범위에 있을 수 있지만, 각각의 절연 층(32)에 대해 그리고 각각의 희생 재료 층(42)에 대해 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 이용될 수 있다. 절연 층(32)과 희생 재료 층(예컨대, 제어 게이트 전극 또는 희생 재료 층)(42)의 쌍들의 반복 횟수가 2 내지 1,024, 그리고 전형적으로 8 내지 256의 범위에 있을 수 있지만, 보다 큰 반복 횟수가 또한 이용될 수 있다. 스택에서의 상단 및 하단 게이트 전극들은 선택 게이트 전극들로서 기능할 수 있다. 일 실시예에서, 교번 스택(32, 42) 내의 각각의 희생 재료 층(42)은 각자의 희생 재료 층(42) 각각 내에서 실질적으로 불변인 균일한 두께를 가질 수 있다.Thicknesses of the insulating
임의로, 절연 캡 층(70)이 교번 스택(32, 42) 위에 형성될 수 있다. 절연 캡 층(70)은 희생 재료 층들(42)의 재료와 상이한 유전체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 절연 캡 층(70)은, 앞서 기술된 바와 같이, 절연 층들(32)에 대해 이용될 수 있는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 절연 캡 층(70)은 절연 층들(32) 각각보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 절연 캡 층(70)은, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적에 의해 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 절연 캡 층(70)은 실리콘 산화물 층일 수 있다.Optionally, an insulating
도 6을 참조하면, 적어도 포토레지스트 층을 포함하는 리소그래피 재료 스택(도시되지 않음)이 절연 캡 층(70) 및 교번 스택(32, 42) 위에 형성될 수 있고, 그에 개구부들을 형성하기 위해 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있다. 리소그래피 재료 스택에서의 패턴은, 패터닝된 리소그래피 재료 스택을 에칭 마스크로서 이용하는 적어도 하나의 비등방성 에칭에 의해, 임의적인 절연 캡 층(70)을 관통하여, 교번 스택(32, 42) 전체를 관통하여, 그리고 상부 소스 절연 층(16), 희생 매트릭스 층(14), 및 하부 소스 절연 층(12)을 관통하여 전사될 수 있다. 패터닝된 리소그래피 재료 스택에서의 개구부들 아래에 있는 절연 캡 층(70), 교번 스택(32, 42), 상부 소스 절연 층(16), 희생 매트릭스 층(14), 및 하부 소스 절연 층(12)의 부분들이 메모리 개구부들(49)을 형성하기 위해 에칭된다. 환언하면, 패터닝된 리소그래피 재료 스택에서의 패턴을 임의적인 절연 캡 층(70)을 관통하여, 교번 스택(32, 42) 전체를 관통하여, 그리고 상부 소스 절연 층(16), 희생 매트릭스 층(14), 및 하부 소스 절연 층(12)을 관통하여 그리고 임의로 기판 반도체 층(10)을 부분적으로 관통하여 전사시키는 것은 메모리 개구부들(49)을 형성한다. 교번 스택(32, 42)의 재료들을 관통하게 에칭하기 위해 이용되는 비등방성 에칭 공정의 화학작용(chemistry)은 교번 스택(32, 42) 내의 제1 및 제2 재료들의 에칭을 최적화하도록 교대로 일어날 수 있다. 비등방성 에칭은, 예를 들어, 일련의 반응성 이온 에칭들일 수 있다. 임의로, 하부 소스 절연 층(12)이 에칭 정지 층으로서 사용될 수 있다. 메모리 개구부들(49)의 측벽들은 실질적으로 수직일 수 있거나, 테이퍼질 수 있다. 패터닝된 리소그래피 재료 스택은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다.Referring to Figure 6, a lithographic material stack (not shown) comprising at least a photoresist layer may be formed over the insulating
도 7a 내지 도 7c는, 각각, 희생 재료 층(14)을 통과하는 수평 평면을 따른 수평 단면도들에 희생 재료 층(14), 유전체 필라들(20)의 어레이, 및 메모리 개구부들(49)의 어레이에 대한 제1, 제2, 및 제3 예시적인 구성들을 예시하고 있다. 일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 어레이 및 메모리 개구부들(49)의 어레이는 집단적으로 단위 셀 구조("U")의 다수의 인스턴스들의 2차원 주기적 어레이를 구성한다. 단위 셀 구조(U)는 (도 7a 내지 도 7c에 예시된 바와 같은 4개의 메모리 개구부와 같은) 다수의 메모리 개구부들(49) 및 적어도 하나의 유전체 필라(20)(도 7a에 예시된 바와 같이 단위 셀 내부에 있는 하나의 완전한 필라 및 단위 셀의 정점들에 있는 4개의 필라의 1/4 부분들로 이루어진 2개의 유전체 필라들(20), 또는 도 7b 및 도 7c에 예시된 바와 같이 단위 셀의 정점들에 있는 4개의 필라의 1/4 부분들로 이루어진 단일 유전체 필라(20)일 수 있음)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메모리 개구부들(49)의 어레이는 메모리 개구부들(49)의 육각형 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단위 셀 구조(U) 내의 적어도 하나의 유전체 필라(20)의 총수에 대한 단위 셀 구조(U) 내의 다수의 메모리 개구부들(49)의 총수의 비는 2 내지 4의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 비는 도 7a에 예시된 바와 같이 2, 또는 도 7b에 예시된 바와 같이 4, 또는 도 7c에 예시된 바와 같이 3일 수 있다.Figures 7a-7c illustrate the
메모리 스택 구조물이 후속 처리 단계들에서 각각의 메모리 개구부(49)에 형성될 수 있다. 도 8a 내지 도 8d는 메모리 개구부(49)에 메모리 스택 구조물을 형성하는 공정을 예시하고 있다. 메모리 스택 구조물들의 형성에 대한 특정의 실시예가 본원에 예시되어 있지만, 상이한 유형들의 메모리 스택 구조물들이 형성되는 실시예들이 본원에서 명확히 생각되고 있다.A memory stack structure may be formed in each memory opening 49 in subsequent processing steps. FIGS. 8A-8D illustrate a process for forming a memory stack structure in the
도 8a를 참조하면, 메모리 개구부(49)가 예시되어 있다. 메모리 개구부(49)는 절연 캡 층(70), 교번 스택(32, 42), 및 상부 소스 절연 층(16), 희생 매트릭스 층(14), 및 하부 소스 절연 층(12)의 층 스택을 관통하여 그리고 임의로 기판 반도체 층(10)의 상부 부분 내로 연장된다. 기판 반도체 층(10)의 상단 표면에 대한 각각의 메모리 개구부(49)의 하단 표면의 리세스 깊이는 0 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 큰 리세스 깊이들이 또한 이용될 수 있다. 임의로, 희생 재료 층들(42)은, 예를 들어, 등방성 에칭에 의해 측방 리세스들(도시되지 않음)을 형성하도록 부분적으로 측방으로 리세싱될 수 있다.Referring to FIG. 8A, a
도 8b를 참조하면, 메모리 막을 형성하기 위한 한 세트의 층들이 각각의 메모리 개구부 내에 퇴적된다. 한 세트의 층들은, 예를 들어, 임의적인 외측 차단 유전체 층(502L), 임의적인 내측 차단 유전체 층(503L), 전하 저장 요소 층(504L), 및 터널링 유전체 층(506L)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8B, a set of layers for forming a memory film is deposited in each memory opening. The set of layers may include, for example, an optional outer blocking
구체적으로는, 외측 및 내측 차단 유전체 층들(502L, 503L) 각각은, 실리콘 산화물, 유전체 금속 산화물, 또는 이들의 조합일 수 있는, 적어도 하나의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 유전체 금속 산화물은 적어도 하나의 금속 원소 및 적어도 산소를 포함하는 유전체 재료를 지칭한다. 유전체 금속 산화물은 적어도 하나의 금속 원소 및 산소로 본질적으로 이루어질 수 있거나 적어도 하나의 금속 원소, 산소, 및, 질소와 같은, 적어도 하나의 비금속 원소로 본질적으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 외측 및 내측 차단 유전체 층들(502L, 503L) 중 적어도 하나는 7.9보다 더 큰 유전 상수를 갖는, 즉 실리콘 질화물의 유전 상수보다 더 큰 유전 상수를 갖는 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있다. 유전체 금속 산화물들의 비제한적인 예들은 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2), 란탄 산화물(LaO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 이들의 실리케이트들, 이들의 질소 도핑된 화합물들, 이들의 합금들, 및 이들의 스택들을 포함한다. 유전체 금속 산화물이, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD), 원자 층 퇴적(ALD), 펄스 레이저 퇴적(PLD), LSMCD(liquid source misted chemical deposition), 또는 이들의 조합에 의해 퇴적될 수 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 외측 및 내측 차단 유전체 층들(502L, 503L) 중 적어도 하나는 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 차단 유전체 층들(502L, 503L)은 알루미늄 산화물 및 실리콘 산화물의 스택을 포함할 수 있다. 외측 및 내측 차단 유전체 층들(502L, 503L) 각각은 저압 화학적 기상 퇴적, 원자 층 퇴적, 또는 이들의 조합과 같은 컨포멀 퇴적 방법에 의해 형성될 수 있다. 차단 유전체 층들(502L, 503L)의 두께는 1 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Specifically, each of the outer and inner blocking
전하 저장 요소 층(504L)은, 예를 들어, 실리콘 질화물일 수 있는, 유전체 전하 트래핑 재료를 포함하는 전하 트래핑 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전하 저장 요소 층(504L)은, 예를 들어, 희생 재료 층들(42) 내로의 측방 리세스들 내에 형성되는 것에 의해 다수의 전기적으로 격리된 부분들(예컨대, 플로팅 게이트들)로 패터닝되는 도핑된 폴리실리콘 또는 금속 재료와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전하 저장 요소 층(504L)은 실리콘 질화물 층을 포함한다.The charge
전하 저장 요소 층(504L)이 균질한 조성의 단일 메모리 재료 층으로서 형성될 수 있거나, 다수의 메모리 재료 층들의 스택을 포함할 수 있다. 다수의 메모리 재료 층들은, 이용되는 경우, 전도성 재료들(예컨대, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄, 백금, 루테늄, 및 이들의 합금과 같은 금속, 또는 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 또는 이들의 조합과 같은 금속 실리사이드) 및/또는 반도체 재료들(예컨대, 적어도 하나의 원소 반도체 요소 또는 적어도 하나의 화합물 반도체 재료를 포함하는 다결정 또는 비정질 반도체 재료)을 함유하는 복수의 이격된 플로팅 게이트 재료 층들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 전하 저장 요소 층(504L)은, 하나 이상의 실리콘 질화물 세그먼트와 같은, 절연성 전하 트래핑 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전하 저장 요소 층(504L)은, 예를 들어, 루테늄 나노입자들일 수 있는, 금속 나노입자들과 같은 전도성 나노입자들을 포함할 수 있다. 전하 저장 요소 층(504L)이, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD), 원자 층 퇴적(ALD), 물리적 기상 퇴적(PVD), 또는 전하들을 그에 저장하기 위한 임의의 적당한 퇴적 기법에 의해 형성될 수 있다. 전하 저장 요소 층(504L)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.The charge
터널링 유전체 층(506L)은 유전체 재료를 포함하고, 이를 통해 적당한 전기 바이어스 조건들 하에서 전하 터널링이 수행될 수 있다. 형성될 모놀리식 3차원 NAND 스트링 메모리 디바이스의 동작 모드에 따라 핫 캐리어 주입을 통해 또는 Fowler-Nordheim 터널링 유발 전하 전달(tunneling induced charge transfer)에 의해 전하 터널링이 수행될 수 있다. 터널링 유전체 층(506L)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, (알루미늄 산화물 및 하프늄 산화물과 같은) 유전체 금속 산화물들, 유전체 금속 산질화물, 유전체 금속 실리케이트들, 이들의 합금들, 및/또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체 층(506L)은, ONO 스택이라고 흔히 알려져 있는, 제1 실리콘 산화물 층, 실리콘 산질화물 층, 및 제2 실리콘 산화물 층의 스택을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체 층(506L)은 실질적으로 탄소가 없는 실리콘 산화물 층 또는 실질적으로 탄소가 없는 실리콘 산질화물 층을 포함할 수 있다. 터널링 유전체 층(506L)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Tunneling
예시적인 예로서, 임의적인 외측 차단 유전체 층(502L)은 알루미늄 산화물과 같은 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있고, 내측 차단 유전체 층(503L)은 실리콘 산화물과 같은 반도체 재료의 유전체 산화물을 포함할 수 있다. 전하 저장 요소 층(504L)은 임의의 유형의 전하 저장 재료를 포함할 수 있고, 전하 트래핑 재료를 포함하는 연속적인 재료 층으로서 형성될 수 있거나, 예를 들어, 컨포멀 퇴적 공정과 비등방성 에칭의 조합에 의해 리세싱된 영역들에 퇴적되는 것에 의해 희생 재료 층들(42)의 각각의 레벨에 위치되는 복수의 수직으로 격리된 전하 트래핑 재료 부분들로 형성될 수 있다. 터널링 유전체 층(506L)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 ONO 스택일 수 있는, 터널링 유전체 재료로서 이용될 수 있는 재료를 포함한다.As an illustrative example, the optional outer blocking
반도체 채널 층(60L)이 터널링 유전체 층(506L) 위에 퇴적될 수 있다. 반도체 채널 층(60L)은 적어도 하나의 원소 반도체 재료, 적어도 하나의 III-V족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 II-VI족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 유기 반도체 재료, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 반도체 재료들과 같은 반도체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 반도체 채널 층(60L)은 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘을 포함한다. 반도체 채널 층(60L)은 저압 화학적 기상 퇴적(LPCVD)과 같은 컨포멀 퇴적 방법에 의해 형성될 수 있다. 반도체 채널 층(60L)의 두께는 2 nm 내지 10 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 캐비티(49')가 퇴적된 재료 층들(502L, 503L, 504L, 506L, 60L)로 채워지지 않은 각각의 메모리 개구부(49)의 체적에 형성된다.A
도 8c를 참조하면, 각각의 메모리 개구부(49) 내의 캐비티(49')를 채우기 위해 유전체 재료가 퇴적될 수 있다. 유전체 재료가 저압 화학적 기상 퇴적(LPCVD)과 같은 컨포멀 퇴적 방법에 의해, 또는 스핀 코팅과 같은 자체 평탄화 퇴적 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 캐비티들(49')을 채우는 데 이용될 수 있는 예시적인 유전체 재료들은 실리콘 산화물(도핑되지 않은 실리케이트 유리 또는 도핑된 실리케이트 유리) 및 유기 실리케이트 유리를 포함한다.Referring to FIG. 8C, a dielectric material may be deposited to fill the cavity 49 'in each
유전체 재료, 반도체 채널 층(60L), 터널링 유전체 층(506L), 전하 저장 요소 층(504L), 및 차단 유전체 층들(502L, 503L)의 잉여 부분들을 절연 캡 층(70)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽으로부터 제거하기 위해 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 리세스 에칭 및/또는 화학 기계적 평탄화 공정이 이용될 수 있다. 메모리 개구부 내의 외측 차단 유전체 층(502L)의 각각의 남아 있는 부분은 외측 차단 유전체(502)를 구성한다. 메모리 개구부 내의 내측 차단 유전체 층(503L)의 각각의 남아 있는 부분은 내측 차단 유전체(503)를 구성한다. 메모리 개구부 내의 전하 저장 요소 층(504L)의 각각의 남아 있는 부분은 전하 저장 요소들(504)(단일의 연속적인 메모리 재료 층(전하 저장 층)으로서 또는 희생 재료 층들(42)의 각각의 레벨에 위치된 개별 전하 저장 재료 부분들로서 구현될 수 있음)을 포함한다. 일 실시예에서, 희생 재료 층들(42)의 레벨들에 위치되는 (실리콘 질화물과 같은) 전하 트래핑 유전체 재료를 포함하는 단일의 연속적인 메모리 재료 층의 부분들은 전하 저장 요소들을 구성하는 반면, 절연 층들(32)의 각각의 레벨에 위치된 동일한 단일의 연속적인 메모리 재료 층의 부분들은 수직으로 이웃하는 전하 저장 요소들 사이의 전기적 격리를 제공한다. 메모리 개구부 내의 터널링 유전체 층(506L)의 각각의 남아 있는 부분은 터널링 유전체(506)를 구성한다. 메모리 개구부 내의 반도체 채널 층(60L)의 각각의 남아 있는 부분은, 수직 방향을 따라 연장되는 수직 반도체 채널을 포함하는, 반도체 채널(60)을 구성한다. 유전체 재료의 각각의 남아 있는 부분은 유전체 코어(62)를 구성한다. 임의적인 외측 차단 유전체(502), 내측 차단 유전체(503), 한 세트의 전하 저장 요소들(504), 및 터널 유전체(506)의 각각의 인접 세트는 집단적으로 메모리 막(50)을 구성한다.Surplus portions of the dielectric material, the
도 8d를 참조하면, 각각의 유전체 코어(62)는, 예를 들어, 메모리 막(50)에 대한 리세스 에칭에 의해 수직으로 리세싱될 수 있다. 유전체 코어(62)의 리세스 에칭은 반도체 채널(60)에 대해 선택적일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 드레인 영역들(63)은 도핑된 반도체 재료를 유전체 코어들(62) 위쪽의 각각의 리세싱된 영역 내에 퇴적시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 도핑된 반도체 재료는, 예를 들어, 도핑된 폴리실리콘일 수 있다. 드레인 영역들(63)을 형성하기 위해, 퇴적된 반도체 재료의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화(CMP) 또는 리세스 에칭에 의해 절연 캡 층(70)의 상단 표면 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 동일한 메모리 개구부 내에 위치된 메모리 막(50) 및 반도체 채널(60)의 각각의 세트는 메모리 스택 구조물(55)을 구성한다.8D, each of the
도 9는 도 8d의 예시적인 메모리 스택 구조물(55)의 다수의 인스턴스들을 포함하는 제1 예시적인 구조물을 예시하고 있다. 각각의 메모리 스택 구조물(55)은, 외부로부터 내부로, 적어도 하나의 임의적인 차단 유전체(502, 503)(외측 차단 유전체(502) 및 내측 차단 유전체(503)를 포함할 수 있음), 메모리 요소들일 수 있는 전하 저장 요소들(504)(각각의 희생 재료 층들(42)의 레벨들에 위치된 메모리 재료 층의 수직으로 이격된 부분들로서 구현됨), 터널링 유전체(506), 및 반도체 채널(60)을 포함한다. 본 개시내용이 메모리 스택 구조물에 대한 예시된 구성을 이용하여 기술되지만, 본 개시내용의 방법들이 다결정 반도체 채널을 포함하는 대안의 메모리 스택 구조물들에 적용될 수 있다.FIG. 9 illustrates a first exemplary structure including multiple instances of the exemplary
도 10을 참조하면, 임의적인 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 기판 반도체 층(10) 위에 형성될 수 있다. 임의적인 구조물로서, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 형성될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 형성되는 경우에, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 다공성 또는 비-다공성 유기 실리케이트 유리(OSG), 또는 이들의 조합과 같은 유전체 재료를 포함한다. 유기 실리케이트 유리가 이용되는 경우, 유기 실리케이트 유리가 질소로 도핑될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 절연 캡 층(70)의 상단 표면 및 드레인 영역들(63)의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면 위에 형성될 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 화학적 기상 퇴적, 원자 층 퇴적(ALD), 스핀-코팅, 또는 이들의 조합에 의해 퇴적될 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)의 두께는 10 nm 내지 300 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Referring to FIG. 10, an optional first contact level
일 실시예에서, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)은 전체에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 유전체 재료 층으로서 형성될 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)은 단일 유전체 재료 층으로서 형성될 수 있거나, 복수의 유전체 재료 층들의 스택으로서 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)의 형성은 적어도 하나의 라인 레벨 유전체 층(도시되지 않음)의 형성과 병합될 수 있다. 본 개시내용이 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)이 임의적인 제2 콘택트 레벨 유전체 층 또는 차후에 퇴적될 적어도 하나의 라인 레벨 유전체 층으로부터 분리된 구조물인 실시예를 이용하여 기술되지만, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 및 적어도 하나의 라인 레벨 유전체 층이 동일한 처리 단계에서 그리고/또는 동일한 재료 층으로서 형성되는 실시예들이 본원에서 명확히 생각되고 있다.In one embodiment, the first contact level
일 실시예에서, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71), 절연 캡 층(70), 교번 스택(32, 42), 그리고 상부 소스 절연 층(16), 희생 매트릭스 층(14), 및 하부 소스 절연 층(12)의 층 스택이, 예를 들어, 마스킹된 에칭 공정(masked etch process)에 의해 주변 디바이스 영역(200)으로부터 제거될 수 있다. 그에 부가하여, 교번 스택(32, 42)의 일부분을 패터닝하는 것에 의해 단차가 있는 캐비티가 콘택트 영역(300) 내에 형성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "단차가 있는 캐비티"는 단차가 있는 표면들을 갖는 캐비티를 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "단차가 있는 표면들"은, 각각의 수평 표면이 수평 표면의 제1 에지로부터 위쪽으로 연장되는 제1 수직 표면에 인접하고, 수평 표면의 제2 에지로부터 아래쪽으로 연장되는 제2 수직 표면에 인접하도록, 적어도 2개의 수평 표면 및 적어도 2개의 수직 표면을 포함하는 한 세트의 표면들을 지칭한다. "단차"는 한 세트의 인접 표면들의 높이의 수직 변화(vertical shift)를 지칭한다.In one embodiment, a first contact level
단차가 있는 캐비티는 단차가 있는 캐비티의 수평 단면 형상이 기판 반도체 층(10)의 상단 표면으로부터의 수직 거리의 함수로서 단차가 변하도록 다양한 단차가 있는 표면들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 한 세트의 처리 단계들을 반복적으로 수행하는 것에 의해 단차가 있는 캐비티가 형성될 수 있다. 한 세트의 처리 단계들은, 예를 들어, 캐비티의 깊이를 하나 이상의 레벨만큼 수직으로 증가시키는 제1 유형의 에칭 공정, 및 제1 유형의 후속 에칭 공정에서 수직으로 에칭될 구역을 측방으로 확장시키는 제2 유형의 에칭 공정을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 교번 스택을 포함하는 구조물의 "레벨"은 구조물 내의 제1 재료 층과 제2 재료 층의 쌍의 상대 위치로서 정의된다. 모든 단차가 있는 표면들의 형성 이후에, 단차가 있는 표면들을 형성하기 위해 이용된 마스크 재료 층들이, 예를 들어, 애싱에 의해 제거될 수 있다. 다수의 포토레지스트 층들 및/또는 다수의 에칭 공정들이 단차가 있는 표면들을 형성하는 데 이용될 수 있다.The stepped cavity may have various stepped surfaces such that the horizontal cross-sectional shape of the stepped cavity changes in step as a function of the vertical distance from the top surface of the substrate < RTI ID = 0.0 > In one embodiment, a stepped cavity can be formed by repeatedly performing a set of processing steps. One set of processing steps may include, for example, a first type of etching process that vertically increases the depth of the cavity by one or more levels, and a second type of etching process that laterally extends the area to be vertically etched in the first type of subsequent etching process Two types of etching processes may be included. As used herein, the "level" of a structure comprising an alternating stack is defined as the relative position of a pair of first and second material layers in the structure. After formation of all the stepped surfaces, the masking material layers used to form the stepped surfaces can be removed, for example, by ashing. Multiple photoresist layers and / or multiple etch processes may be used to form stepped surfaces.
실리콘 산화물과 같은 유전체 재료가 단차가 있는 캐비티에 그리고 주변 디바이스 영역(200)에 있는 주변 디바이스들(210) 위에 퇴적된다. 퇴적된 유전체 재료의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화(CMP)에 의해 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)의 상단 표면 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 콘택트 영역(300)에 있는 단차가 있는 캐비티를 채우고 주변 디바이스 영역(200)에 있는 기판 반도체 층(10) 위에 있는, 퇴적된 유전체 재료의 남아 있는 부분은 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 구성한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "역단차가 있는" 요소는 단차가 있는 표면들 및 요소가 존재하는 기판의 상단 표면으로부터의 수직 거리의 함수로서 단조적으로 증가하는 수평 단면적을 갖는 요소를 지칭한다. 실리콘 산화물이 유전체 재료로서 이용되는 경우, 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 실리콘 산화물은 B, P, 및/또는 F와 같은 도펀트들로 도핑될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 상단 표면은 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)의 상단 표면과 코플래너일 수 있다.A dielectric material such as silicon oxide is deposited on the stepped cavity and on the
주변 디바이스들(210) 위의 영역 및 단차가 있는 캐비티들 위의 영역은 동일한 유전체 재료로 동시에 채워질 수 있거나, 상이한 처리 단계들에서 동일한 유전체 재료로 또는 상이한 유전체 재료들로 채워질 수 있다. 콘택트 영역(300)의 단차가 있는 표면 위의 캐비티를 유전체 재료로 채우는 것 이전에, 그와 동시에, 또는 그 이후에, 주변 디바이스들(210) 위의 캐비티가 유전체 재료로 채워질 수 있다. 본 개시내용이 주변 디바이스 영역(200)에 있는 캐비티와 콘택트 영역(300)에 있는 단차가 있는 캐비티가 동시에 채워지는 실시예를 이용하여 기술되지만, 주변 디바이스 영역(200)에 있는 캐비티와 콘택트 영역(300)에 있는 단차가 있는 캐비티가 상이한 처리 단계들에서 채워지는 실시예들이 본원에서 명확히 생각되고 있다.The regions over the
도 11을 참조하면, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)이 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 관통하여 그리고/또는 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)을 관통하여 그리고/또는 교번 스택(32, 42)을 관통하여 임의로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)이 메모리 어레이 영역(100)에 인접하여 위치되는 콘택트 영역(300)에 형성될 수 있다. 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)이, 예를 들어, 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 관통하여 그리고/또는 교번 스택(32, 42)을 관통하여 그리고 적어도 기판 반도체 층(10)의 상단 표면까지 연장되는 개구부를 형성하는 것에 의해, 그리고 희생 재료 층들(42)을 제거하기 위해 이용될 에칭 화학제(etch chemistry)에 내성이 있는 유전체 재료로 개구부를 채우는 것에 의해 형성될 수 있다.11, through-stack
일 실시예에서, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)은 실리콘 산화물 및/또는, 알루미늄 산화물과 같은, 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)의 퇴적과 동시에 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 위에 퇴적되는 유전체 재료의 부분은 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 위에 제2 절연 캡 층(73)으로서 존재할 수 있다. 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P) 및 제2 절연 캡 층(73) 각각은 임의적인 구조물이다. 이에 따라, 제2 절연 캡 층(73)이 절연 캡 층(70) 및 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65) 위에 존재할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 및 제2 절연 캡 층(73)은 본원에서 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73)이라고 일괄하여 지칭된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73)은 제1 및 제2 콘택트 레벨 유전체 층들(71, 73) 둘 다를 포함할 수 있고, 차후에 형성될 수 있는 임의의 부가의 비아 레벨 유전체 층을 임의로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73)은 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 또는 제2 절연 캡 층(73)만을 포함할 수 있고, 차후에 형성될 수 있는 임의의 부가의 비아 레벨 유전체 층을 임의로 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 콘택트 레벨 유전체 층들(71, 73)의 형성이 생략될 수 있고, 적어도 하나의 비아 레벨 유전체 층이 차후에, 즉 제1 소스 콘택트 비아 구조물의 형성 이후에 형성될 수 있다.In one embodiment, the through-stack
제2 절연 캡 층(73) 및 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)은 일체형 구조의 단일의 연속적인 구조물로서, 즉 이들 사이에 어떠한 재료 계면도 없이 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)의 퇴적과 동시에 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71) 위에 퇴적되는 유전체 재료의 부분은, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화 또는 리세스 에칭에 의해 제거될 수 있다. 이 경우에, 제2 절연 캡 층(73)이 존재하지 않으며, 제1 콘택트 레벨 유전체 층(71)의 상단 표면이 물리적으로 노출될 수 있다.The second
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73) 위에 도포될 수 있고, 메모리 블록들 사이의 구역들 내에 개구부들을 형성하도록 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있다. 일 실시예에서, 포토레지스트 층에서의 각각의 개구부는 개구부의 한 쌍의 측벽들이 제1 수평 방향을 따라 측방으로 연장되도록 직사각형 형상을 가질 수 있다.Referring to Figures 12A and 12B, a photoresist layer (not shown) may be applied over at least one contact level
포토레지스트 층에서의 개구부들의 패턴을 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73), 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65), 교번 스택(32, 42), 및 임의적인 상부 소스 절연체 층(16)(존재하는 경우)을 관통하여 전사시키는 것에 의해 메모리 스택 구조물들(55)의 각각의 이웃하는 클러스터들의 쌍 사이에 배면 트렌치들(79)이 형성될 수 있다. 희생 매트릭스 층(14)이 각각의 배면 트렌치(79)의 하단에서 물리적으로 노출될 수 있다. 메모리 스택 구조물들(55)의 클러스터들이 배면 트렌치들(79)에 의해 측방으로 이격될 수 있다. 메모리 스택 구조물들(55)의 각각의 클러스터는 클러스터를 둘러싸는 교번 스택(32, 42)의 부분들과 함께 메모리 블록을 구성한다. 메모리 블록은 한 쌍의 배면 트렌치들(79)에 의해 측방으로 경계지어질 수 있다. 도 12a는 도 12b에서의 지그재그 수직 평면(X-X')을 따른 수직 단면도이다. 도 12b는 아래에 있는 요소들이 점선들로 도시되어 있는 투시 평면도이다.The pattern of openings in the photoresist layer is formed by at least one contact level
도 13a는 도 12a에 도시된 희생 매트릭스 층(14)을 포함하는 수평 평면을 따른 도 12b의 제1 예시적인 구조물의 점선 직사각형 영역("M")의 수평 단면도를 예시하고 있다. 도 13a에서의 도면은 유전체 필라들(20)의 어레이 및 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이에 대한 제1(즉, 지그재그) 구성에 대응한다. 도 13b 및 도 13c는 제2 및 제3 구성들에 대한 대응하는 수평 단면도들을 도시하고 있다. 도 12b 및 도 13a에서의 필라들(20)의 지그재그 행들의 방향은 트렌치(79) 연장 방향 및 워드 라인 방향에 수직인 비트 라인 방향으로 연장된다. 그렇지만, 다른 실시예에서, 도 12b 및 도 13a에서의 필라들(20)의 지그재그 행들의 방향은 비트 라인 방향에 수직으로 그리고 트렌치(79) 연장 방향 및 워드 라인 방향에 평행하게 연장하도록 90도만큼 회전될 수 있다.13A illustrates a horizontal cross-sectional view of a dashed rectangular area ("M") of the first exemplary structure of FIG. 12B along a horizontal plane comprising the
유전체 필라들(20)의 어레이 및 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이는 집단적으로 다수의 메모리 스택 구조물들(55) 및 적어도 하나의 유전체 필라(20)를 포함하는 단위 셀 구조(U1)의 다수의 인스턴스들의 2차원 주기적 어레이를 구성한다. 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이는 메모리 스택 구조물들(55)의 육각형 어레이를 포함할 수 있다. 단위 셀 구조(U1) 내의 적어도 하나의 유전체 필라(20)의 총수에 대한 단위 셀 구조(U1) 내의 다수의 메모리 스택 구조물들(55)의 총수의 비는 2 내지 4의 범위에 있을 수 있다.The array of
도 14를 참조하면, 절연 층들(32) 및 희생 매트릭스 층(14)에 대해 선택적인 희생 재료 층들(42)을 제거하는 것에 의해 배면 리세스들(43)이 형성될 수 있다. 구체적으로는, 희생 재료 층들(42)의 제2 재료를 절연 층들(32) 및 희생 매트릭스 층(14)의 제1 재료에 대해 선택적으로 에칭하는 에칭제가, 예를 들어, 에칭 공정을 이용하여 배면 트렌치들(79) 내로 유입될 수 있다. 희생 재료 층들(42)이 제거되는 체적들에 배면 리세스들(43)이 형성된다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료의 제거가 절연 층들(32)의 제1 재료, 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)의 재료, 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 재료, 기판 반도체 층(10)의 반도체 재료, 희생 매트릭스 층(14)의 재료, 및 메모리 스택 구조물들(55)의 (외측 차단 유전체들(502)과 같은) 가장 바깥쪽 층의 재료에 대해 선택적일 수 있다. 일 실시예에서, 희생 재료 층들(42)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있고, 희생 매트릭스 층(14)은 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있으며, 절연 층들(32), 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P), 및 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 재료들은 실리콘 산화물 및 유전체 금속 산화물들로부터 선택될 수 있다.14, the backside recesses 43 can be formed by removing the sacrificial material layers 42, which are selective for the insulating
각각의 배면 리세스(43)는 캐비티의 수직 범위보다 더 큰 측방 치수를 갖는 측방 연장 캐비티일 수 있다. 환언하면, 각각의 배면 리세스(43)의 측방 치수가 배면 리세스(43)의 높이보다 더 클 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료, 실리콘 산화물 층(501)의 재료, 및 실리콘 질화물 층(502)의 재료가 제거되는 체적들에 복수의 배면 리세스들(43)이 형성될 수 있다. 메모리 스택 구조물들(50, 60)이 형성되는 메모리 개구부들은 본원에서 배면 리세스들(43)과 대조적으로 전면 리세스들 또는 전면 캐비티들이라고 지칭된다. 일 실시예에서, 메모리 어레이 영역(100)은 기판 위쪽에(예컨대, 기판 반도체 층(10) 위쪽에) 배치된 복수의 디바이스 레벨들을 갖는 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함한다. 이 경우에, 각각의 배면 리세스(43)는 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 각자의 워드 라인을 수용하기 위한 공간을 정의할 수 있다.Each
복수의 배면 리세스들(43) 각각은 기판 반도체 층(10)의 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 배면 리세스(43)는 아래에 있는 절연 층(32)의 상단 표면 및 위에 있는 절연 층(32)의 하단 표면에 의해 수직으로 경계지어질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 배면 리세스(43)는 전체에 걸쳐 균일한 높이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 알루미늄 산화물 유전체와 같은, 임의적인 배면 차단 유전체가 배면 리세스들(43) 내의 메모리 막(50)의 노출된 부분들과 접촉하게 배면 리세스들(43) 내로 퇴적될 수 있다. 이 실시예에서, 전면 차단 유전체 층들(502 및/또는 503) 중 하나 또는 둘 다가 생략될 수 있다.Each of the plurality of back surface recesses 43 may extend substantially parallel to the upper surface of the
도 15를 참조하면, 전기 전도성 층들(46)을 형성하기 위해 적어도 하나의 금속 재료가 배면 리세스들에 퇴적될 수 있다. 임의로, 적어도 하나의 금속 재료의 퇴적 이전에 메모리 스택 구조물들(55) 및 절연 층들(32)의 물리적으로 노출된 표면들 상에 배면 차단 유전체 층(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 금속 재료는 (TiN, TaN, 또는 WN과 같은 전도성 금속 질화물을 포함하는 전도성 금속 질화물 층, 또는 TiC, TaC, 또는 WC와 같은 전도성 금속 탄화물을 포함하는 전도성 금속 탄화물 층과 같은) 전도성 금속 화합물 층을 포함할 수 있다. 전도성 금속 화합물 층은 장벽 재료 층, 즉 불순물 원자들 또는 가스들에 대한 확산 장벽으로서 기능하는 재료 층으로서, 그리고/또는 접착 증진제 층(adhesion promoter layer), 즉 절연 층들(32)에 대한(배면 차단 유전체 층이 이용되지 않는 경우에) 또는 배면 차단 유전체 층에 대한(배면 차단 유전체 층이 이용되는 경우에) 후속 층들의 접착을 증진시키는 재료 층으로서 기능하는 금속 재료를 포함할 수 있다. 전도성 금속 화합물 층이 화학적 기상 퇴적(CVD) 또는 원자 층 퇴적(ALD)과 같은 컨포멀 퇴적 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 전도성 금속 화합물 층의 두께는 1 nm 내지 6 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Referring to FIG. 15, at least one metallic material may be deposited on the backside recesses to form the electrically
일 실시예에서, 적어도 하나의 금속 재료는 금속 층을 추가로 포함할 수 있다. 금속 층은, 배면 리세스들(43)의 남아 있는 부분들에, 배면 트렌치(79)의 측벽들 위에, 그리고 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73)의 상단 표면 위에 퇴적될 수 있는, 원소 금속 또는 금속간 합금을 포함할 수 있다. 금속 층은 전도성 금속 화합물 층의 표면들 바로 위에 연속적인 금속 층으로서 퇴적될 수 있다. 금속 층이 화학적 기상 퇴적(CVD) 또는 원자 층 퇴적(ALD)과 같은 컨포멀 퇴적 방법에 의해 퇴적될 수 있다. 배면 리세스들(43)의 남아 있는 부분들은 금속 층으로 채워질 수 있다. 배면 트렌치(79)의 측벽 상에서 측정되는 바와 같은, 퇴적된 금속의 두께는, 각각의 배면 리세스(43)의 체적 전체가 임의적인 배면 차단 유전체 층, 금속 화합물 층, 및 금속 층의 조합으로 채워지도록, 배면 리세스들(43)의 남아 있는 부분들의 최대 높이의 1/2보다 더 클 수 있다.In one embodiment, the at least one metallic material may further comprise a metal layer. The metal layer may be deposited on the remaining portions of the backside recesses 43, on the sidewalls of the
금속 층은 W, Co, Al, Cu, Ru, Au, Pt, 또는 이들의 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다. 금속 층은 금속 함유 전구체 가스를 이용하는 화학적 기상 퇴적(CVD) 공정 또는 원자 층 퇴적(ALD) 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 함유 전구체 가스는 플루오르가 없을 수 있다 - 즉 플루오르를 함유하지 않음 -. 금속의 화학적 기상 퇴적 또는 원자 층 퇴적은 표면 손상을 야기하지 않으면서 표면 상에 고순도 금속을 남기도록 쉽게 증발될 수 있는 금속 전구체를 이용한다. 일 실시예에서, 비교적 높은 증기압들 및 양호한 열적 안정성을 갖는 유기 금속 화합물이 수소를 요구하지 않으면서 금속을 퇴적시키기 위해 금속 전구체 가스로서 이용될 수 있다.The metal layer may comprise a metal such as W, Co, Al, Cu, Ru, Au, Pt, or combinations thereof. The metal layer may be deposited by a chemical vapor deposition (CVD) process using a metal containing precursor gas or an atomic layer deposition (ALD) process. In one embodiment, the metal-containing precursor gas may be fluorine-free, ie, fluorine-free. Chemical vapor deposition or atomic layer deposition of a metal utilizes a metal precursor that can be easily evaporated to leave a high purity metal on the surface without causing surface damage. In one embodiment, an organometallic compound having relatively high vapor pressures and good thermal stability can be used as the metal precursor gas to deposit the metal without requiring hydrogen.
퇴적된 금속 재료(들)의 수직 연장 부분들은 배면 트렌치(79)의 측벽 전체를 커버할 수 있다. 퇴적될 때, 퇴적된 금속 재료(들)의 수직 연장 부분은 각각의 수직으로 이웃하는 배면 리세스들(43)의 쌍 내에 위치된 금속 부분들에 연속적으로 인접될 수 있고, 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73) 위에 있는 금속 층의 수평 부분에 인접될 수 있다.The vertically extending portions of the deposited metal material (s) can cover the entire sidewall of the
적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73) 위쪽으로부터 그리고 배면 트렌치들(79)의 측벽들로부터 적어도 하나의 금속 재료를 제거하기 위해 에칭 공정이 수행될 수 있다. 에칭 공정은 등방성 에칭 단계, 비등방성 에칭 단계, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, CHF3, CClF3, CF4, SF6, SiF4, Cl2, NF3과 같은 적어도 하나의 할라이드 함유 가스를 이용하는 반응성 이온 에칭이 에칭 공정에 이용될 수 있다. 임의로, O2 또는 O3와 같은 산화제들이 적어도 하나의 할라이드 함유 가스와 결합하여 이용될 수 있다. 전기 전도성 층들(46)이 서로 전기적으로 격리되는 개별 층들로서 각각의 배면 트렌치(79) 주위에 남아 있다.An etching process may be performed to remove at least one metal material from above the at least one contact level
도 16을 참조하면, 연속적인 유전체 재료 층의 퇴적 및 연속적인 유전체 재료 층의 수평 부분들을 제거하는 비등방성 에칭에 의해 각각의 배면 트렌치(79)의 측벽들 상에 절연 스페이서(74)가 형성될 수 있다. 각각의 절연 스페이서(74)는, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 유전체 금속 산화물, 유전체 금속 산질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는, 유전체 재료를 포함한다. 절연 스페이서(74)의 하단 부분에서 측정되는 바와 같은, 각각의 절연 스페이서(74)의 두께는 1 nm 내지 50 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 절연 스페이서(74)의 두께는 3 nm 내지 10 nm의 범위에 있을 수 있다.16, insulating
각각의 절연 스페이서(74)는 절연 층들(32) 및 전기 전도성 층들(46)의 측벽들, 및 상부 소스 절연 층(16)의 측벽들과 접촉하는 외측 측벽을 갖는다. 게다가, 각각의 절연 스페이서(74)는 희생 매트릭스 층(14)의 표면과 접촉할 수 있다. 따라서, 각각의 절연 스페이서(74)는 각자의 배면 트렌치(79)의 주변부에 그리고 희생 매트릭스 층(14)의 일부분 위에 그리고 상부 소스 절연체 층(16)의 측벽들 상에 형성될 수 있다.Each insulating
도 17을 참조하면, 소스 라인 캐비티(15)를 형성하기 위해, 희생 매트릭스 층(14)이 유전체 필라들(20)의 어레이, 하부 소스 절연 층(12), 상부 소스 절연 층(16), 스루-스택 유전체 필라 구조물들(7P), 및 절연 스페이서들(74)에 대해 선택적으로 제거될 수 있다. 희생 매트릭스 층(14)이 바람직하게는 전기 전도성 층들(46)의 형성 이후에 제거된다. 일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 어레이, 하부 소스 절연 층(12), 상부 소스 절연 층(16), 스루-스택 유전체 필라 구조물들(7P), 및 절연 스페이서들(74)은 다양한 유형들의 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 희생 매트릭스 층(14)은 (비정질 실리콘, 폴리실리콘 또는 실리콘-게르마늄 합금과 같은) 반도체 재료, 비정질 탄소, 또는 유기 또는 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 희생 매트릭스 층(14)이 폴리실리콘을 포함하는 경우, 희생 재료 층(14)을 유전체 필라들(20)의 어레이, 하부 소스 절연 층(12), 상부 소스 절연 층(16), 스루-스택 유전체 필라 구조물들(7P), 및 절연 스페이서들(74)에 대해 선택적으로 제거하기 위해, 수산화칼륨(KOH)을 이용하는 습식 에칭이 이용될 수 있다. 메모리 스택 구조물들(55)의 측벽들이 소스 라인 캐비티(15)에 물리적으로 노출될 수 있다. 게다가, 유전체 필라들(20)의 측벽들이 소스 라인 캐비티(15)에 물리적으로 노출될 수 있다.Referring to Figure 17, a
각각의 메모리 막(50)의 물리적으로 노출된 부분은 희생 매트릭스 층(14)의 제거 이후에 제거될 수 있다. 메모리 막(50)의 물리적으로 노출된 부분들은, 예를 들어, 습식 에칭과 같은 등방성 에칭에 의해 제거될 수 있다. 따라서, 반도체 채널들(60)의 측벽들이 소스 라인 캐비티(15)의 레벨에서 물리적으로 노출되게 된다. 각자의 반도체 채널(60)의 물리적으로 노출된 측벽 아래에 있는 각각의 메모리 막(50)의 남아 있는 부분은, 반도체 채널(60) 아래에 있으며 소스 라인 캐비티(15) 위쪽에 위치된 메모리 막(50)의 남아 있는 부분과 동일한 세트의 유전체 재료들을 포함하는, 유전체 캡 플레이트(58)를 구성한다. 임의로, 환상 소스 영역(61)은 플라즈마 도핑 또는 기상 도핑(gas phase doping)에 의해 각각의 반도체 채널(60)의 하부 부분에 전기 도펀트들을 유입시키는 것에 의해 형성될 수 있다.The physically exposed portions of each
일반적으로, 각각의 반도체 채널(60)의 환상 노출 부분 상에 폴리실리콘 재료 부분을 퇴적시키는 것 및/또는 소스 라인 캐비티(15)의 레벨에 위치된 각각의 반도체 채널(60)의 환상 노출 부분을 도핑시키는 것에 의해 다결정 실리콘 구조물(소스 영역(61)으로서 구현됨)이 각각의 반도체 채널(60)의 하부 단부에 제공될 수 있다. 폴리실리콘 소스 영역(61)으로서 기능할 수 있는, 다결정 실리콘 구조물에 대해 3가지 유형들의 폴리실리콘(p+형 폴리실리콘, 도핑되지 않은 폴리실리콘, 및 n+형 폴리실리콘을 포함함)이 선택될 수 있다. 표 1은 소스 영역(61)에 대해 이용되는 각각의 유형의 폴리실리콘에 대한 소거 및 판독 메커니즘들의 요약을 제공한다.Generally, depositing a polysilicon material portion on the annularly exposed portion of each
p+ 폴리실리콘 소스 영역은 결합 소거를 이용할 수 있는 반면, 다른 유형들의 소스 영역들은 GIDL 소거를 이용할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들의 이점들은 (유전체 필라들(20)의 형성으로 인해) 가장자리 디바이스 구역 증가를 이용하여 스택 붕괴(stack collapse)를 방지하는 것을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 희생 매트릭스 층(14)의 제거는 반응성 이온 에칭의 사용을 요구하지 않지만, 희생 매트릭스 층(14)을 제거하기 위해 등방성 에칭 공정이 이용될 수 있다.The p + polysilicon source region may use combine erase, while other types of source regions may use GIDL erase. Advantages of embodiments of the present disclosure include, but are not limited to, preventing stack collapse using edge device area enhancement (due to the formation of dielectric pillars 20). The removal of the
도 18을 참조하면, 소스 라인 캐비티(15)를 형성하기 위해 화학적 기상 퇴적(CVD), 원자 층 퇴적(ALD), 전기 도금, 및/또는 무전해 도금과 같은 적어도 하나의 컨포멀 퇴적 방법에 의해 적어도 하나의 전도성 재료가 퇴적된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 전도성 재료는 전도성 금속 질화물 또는 전도성 금속 탄화물과 같은 금속 라이너 재료, 및 W, Cu, Al, Co, Ru, 및 이들의 합금들과 같은 금속 충전 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동일한 세트의 퇴적 공정들 동안 소스 라인 트렌치(15) 및 배면 트렌치(79)를 채우기 위해 금속 라이너 재료를 포함하는 금속 라이너 재료 층(76A) 및 금속 충전 재료를 포함하는 금속 충전 재료 층(76B)이 퇴적될 수 있다. 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽의 적어도 하나의 전도성 재료의 부분들이 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 평탄화 공정은 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73) 중 하나를 정지 층으로서 이용하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정일 수 있다. 연속적인 소스 구조물(76)이 소스 라인 트렌치(15) 및 소스 라인 트렌치(15)에 연결된 적어도 하나의 배면 트렌치(79)의 각각의 연속적인 체적 내에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 소스 라인 트렌치(15)는 복수의 배면 트렌치들(79)에 연결될 수 있고, 연속적인 소스 구조물(76)은 소스 라인 트렌치(15) 및 복수의 배면 트렌치들(79)을 포함하는 연속적인 체적 전체를 채울 수 있다. 연속적인 소스 구조물들(76)은 소스 콘택트 구조물, 또는 소스 구조물과 소스 콘택트 구조물의 조합으로서 기능할 수 있다.18, at least one conformal deposition method such as chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), electroplating, and / or electroless plating to form the
소스 라인 캐비티(15)를 채우는 각각의 연속적인 소스 구조물(76)의 부분이 본원에서 소스 전도성 층(76L)이라고 지칭된다. 따라서, 소스 매트릭스 층(14)이 기판(즉, 기판 반도체 층(10))의 상단 표면에 평행한 수평 방향으로 연장되는 소스 전도성 층(76L)으로 대체된다. 소스 전도성 층(76L)은 유전체 필라들(20)의 어레이 내의 각각의 유전체 필라(20)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 배면 트렌치(79)를 채우는 연속적인 소스 구조물(76)의 각각의 부분은 소스 전도성 비아 구조물(76V)을 구성한다. 각각의 소스 전도성 비아 구조물(76Vt)은 기판(10)의 상단 표면에 수직인 교번 스택(32, 46)을 관통하여 수직으로 연장된다. 연속적인 소스 구조물(76)은 소스 전도성 비아 구조물들(76V) 중 임의의 것과 소스 전도성 층(76L) 사이에 계면을 갖지 않는 일체형 구조물이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "일체형 구조물"은 다수의 물리적으로 이격된 부분(physically disjoined portion)들로 분할되지 않는 단일의 연속적인 구조물을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "계면"은, (투과 전자 현미경법, 주사 전자 현미경법, 및/또는 2차 이온 질량 분광법과 같은) 분석 수단에 의해 검출될 수 있는 재료 조성의 차이들, 보이드의 존재, 또는 계면 재료의 존재에 의해 특징지워지는, 2개의 요소들 사이의 미시적 계면(microscopic interface)을 지칭한다.The portion of each
따라서, 소스 라인 캐비티(15) 및 적어도 하나의 배면 트렌치(79)를 적어도 하나의 전도성 재료로 동시에 채우는 것에 의해 연속적인 소스 구조물(76)이 형성될 수 있다. 각각의 소스 전도성 비아 구조물(76V)이 각자의 절연 스페이서(74)의 내측 측벽 상에 형성된다. 각각의 반도체 채널(60)의 노출된 측벽에 퇴적된 폴리실리콘 층 또는 도핑된 영역을 포함하는 소스 라인 구조물(76L)은 소스 영역(61) 바로 위에 형성될 수 있다.Thus, a
도 19를 참조하면, 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 (예를 들어, 제2 절연 캡 층(73)일 수 있는) 제1 예시적인 구조물의 최상단 층 위에 도포될 수 있고, 메모리 어레이 영역(100), 주변 디바이스 영역(200), 및 콘택트 영역(300)에 다양한 개구부들을 형성하기 위해 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있다. 다양한 개구부들의 위치들 및 형상들은 콘택트 비아 구조물들에 의해 전기적으로 접촉될 다양한 디바이스들의 전기 노드들에 대응하도록 선택된다. 일 실시예에서, 형성될 콘택트 비아 캐비티들에 대응하는 모든 개구부들을 패터닝하기 위해 단일 포토레지스트 층이 이용될 수 있고, 모든 콘택트 비아 캐비티들이 패터닝된 포토레지스트 층을 에칭 마스크로서 이용하는 적어도 하나의 비등방성 에칭 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 포토레지스트 층들에 상이한 패턴들의 개구부들을 갖는 상이한 세트들의 콘택트 비아 캐비티들을 형성하기 위해 복수의 포토레지스트 층들이 복수의 비등방성 에칭 공정들과 결합하여 이용될 수 있다. 포토레지스트 층(들)은 각자의 포토레지스트 층에서의 개구부들의 패턴을 아래에 있는 유전체 재료 층들을 관통하여 그리고 각자의 전기 전도성 구조물의 상단 표면까지 전사시키는 각자의 비등방성 에칭 공정 이후에 제거될 수 있다.19, a photoresist layer (not shown) may be applied over the top layer of the first exemplary structure (which may be, for example, a second insulating cap layer 73) 100, the
예시적인 예로서, 드레인 영역(63)의 상단 표면이 각각의 드레인 콘택트 비아 캐비티의 하단에서 물리적으로 노출되도록 메모리 어레이 영역(100)에 있는 각각의 메모리 스택 구조물(55) 위에 드레인 콘택트 비아 캐비티들이 형성될 수 있다. 전기 전도성 층(46)의 상단 표면이 콘택트 영역(300)에 있는 각각의 워드 라인 콘택트 비아 캐비티의 하단에서 물리적으로 노출되도록 워드 라인 콘택트 비아 캐비티들이 교번 스택(32, 46)의 단차가 있는 표면들까지 형성될 수 있다. 디바이스 콘택트 비아 캐비티가 주변 디바이스 영역(200)에 있는 콘택트 비아 구조물에 의해 접촉되도록 주변 디바이스들(210)의 각각의 전기 노드까지 형성될 수 있다.As an illustrative example, drain contact via cavities are formed above each
다양한 비아 캐비티들이, (TiN, TaN, 또는 WN과 같은) 전기 전도성 금속 라이너 재료 및 (W, Cu, 또는 Al과 같은) 금속 충전 재료의 조합일 수 있는, 적어도 하나의 전도성 재료로 채워질 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화(CMP) 및/또는 리세스 에칭을 포함할 수 있는, 평탄화 공정에 의해 적어도 하나의 콘택트 레벨 유전체 층(71, 73) 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 드레인 콘택트 비아 구조물들(88)이 각자의 드레인 영역들(63) 상에 형성될 수 있다. 워드 라인 콘택트 비아 구조물들(84)이 각자의 전기 전도성 층들(46) 상에 형성될 수 있다. 주변 디바이스 콘택트 비아 구조물들(8P)이 주변 디바이스들(210)의 각자의 노드들 상에 형성될 수 있다. 다양한 콘택트 비아 구조물들 사이에 전기 배선을 제공하기 위해 부가의 금속 인터커넥트 구조물들(도시되지 않음) 및 층간 유전체 재료 층들(도시되지 않음)이 제1 예시적인 구조물 위에 형성될 수 있다.Various via cavities may be filled with at least one conductive material, which may be a combination of an electrically conductive metal liner material (such as TiN, TaN, or WN) and a metal filler material (such as W, Cu, or Al). Surplus portions of at least one conductive material may be removed from above at least one contact level
본 개시내용의 실시예들에 따른 제1 예시적인 구조물은 3차원 메모리 디바이스를 포함할 수 있다. 3차원 메모리 디바이스는 기판(10) 위에 위치된 전기 전도성 층들(46) 및 절연 층들(32)의 교번 스택, 및 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이를 포함한다. 각각의 메모리 스택 구조물(55)은 교번 스택(32, 46)을 관통하여 연장되고, 메모리 막(50) 및 메모리 막(50)에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널(60)을 포함한다. 3차원 메모리 디바이스는 교번 스택(32, 46)과 기판(10) 사이에 위치된 유전체 필라들(20)의 어레이를 추가로 포함할 수 있다. 수평으로 연장되고 유전체 필라들(20)의 어레이 내의 각각의 유전체 필라(20)를 측방으로 둘러싸는 소스 전도성 층(76L)을 포함하는, 연속적인 소스 구조물(76)이 제공될 수 있다. 연속적인 소스 구조물(76)은 교번 스택(32, 46)을 관통하여 수직으로 연장되는 소스 전도성 비아 구조물(76V)을 추가로 포함할 수 있다. 연속적인 소스 구조물(76)은 소스 전도성 비아 구조물(76V)과 소스 전도성 층(76L) 사이에 계면을 갖지 않는 일체형 구조물일 수 있다. 소스 전도성 층(76L)은 매립형 소스 라인 또는 전극을 포함할 수 있는 반면, 소스 전도성 비아 구조물(76V)은 소스 로컬 인터커넥트를 포함할 수 있다.A first exemplary structure according to embodiments of the present disclosure may include a three dimensional memory device. The three-dimensional memory device includes an alternate stack of electrically
3차원 메모리 디바이스는 기판(10)과 소스 전도성 층(76L) 사이에 위치된 하부 소스 절연체 층(12), 소스 전도성 층(76L)과 교번 스택(32, 46) 사이에 위치된 상부 소스 절연체 층(16), 및 소스 전도성 비아 구조물(76V)을 측방으로 둘러싸는 절연 스페이서(74)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 연속적인 소스 구조물(76)은 유전체 필라들(20)의 어레이의 측벽들과 접촉하고 교번 스택(32, 46)의 최상단 표면 위쪽으로 연장되는 금속 유전체 라이너(76A), 및 금속 유전체 라이너(76A)에 의해 둘러싸인 전도성 충전 재료 부분(76B)을 포함할 수 있다.The three dimensional memory device includes a lower
단차가 있는 표면 영역이 콘택트 영역(300)에 제공될 수 있다. 전기 전도성 층들(46)의 단부 부분들은 단차가 있는 표면 영역에 단차가 있는 표면들을 형성한다. 소스 전도성 층(76L)은 전기 전도성 층들(46) 중 임의의 것보다 더 멀리 측방으로 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 연속적인 소스 구조물(76)은 각각의 소스 영역(61)의 외측 측벽 및 메모리 막(50)의 환상 하단 표면 중 적어도 하나와 접촉할 수 있다.A surface region having a step difference can be provided in the
일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 어레이 내의 각각의 유전체 필라(20)는 교번 스택(32, 46)의 최하단 표면을 포함하는 제1 수평 평면에 또는 그 아래쪽에 위치된 최상단 표면을 가질 수 있으며, 기판(10)의 상단 표면을 포함하는 제2 수평 평면에 또는 그 위쪽에 위치된 최하단 표면을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 필라들(20)의 어레이는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 교번 스택(32, 46) 아래에서 끝나는 유전체 필라들(20)은 교번 스택(32, 46) 전체를 관통하여 연장되는 스루-스택 유전체 지지 필라들(7P)과 상이하다.In one embodiment, each
일 실시예에서, 모놀리식 3차원 메모리 디바이스는 기판 위에 위치된 수직 NAND 디바이스를 포함하고, 전기 전도성 층들(46)은 NAND 디바이스의 각자의 워드 라인을 포함하거나 그에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에서, 기판(10)은 실리콘 기판을 포함하고, 수직 NAND 디바이스는 실리콘 기판 위에 위치된 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함한다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제1 디바이스 레벨에 있는 적어도 하나의 메모리 셀은 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제2 디바이스 레벨에 있는 다른 메모리 셀 위에 위치된다. 실리콘 기판은 그 위에 위치된 메모리 디바이스에 대한 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 포함할 수 있다.In one embodiment, the monolithic three-dimensional memory device comprises a vertical NAND device located on a substrate, and the electrically
모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 복수의 반도체 채널들(60)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 채널들(60)의 각각의 반도체 채널의 적어도 하나의 단부 부분은 기판의 상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장된다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 복수의 전하 저장 요소들을 포함할 수 있다. 각각의 전하 저장 요소는 복수의 반도체 채널들(60)의 각자의 반도체 채널에 인접하여 위치될 수 있다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 기판의 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립 형상을 갖는 복수의 제어 게이트 전극들을 포함할 수 있다. 복수의 제어 게이트 전극들은 적어도 제1 디바이스 레벨에 위치된 제1 제어 게이트 전극 및 제2 디바이스 레벨에 위치된 제2 제어 게이트 전극을 포함한다.The array of monolithic three-dimensional NAND strings may include a plurality of
도 20을 참조하면, 그래프는 본 개시내용의 실시예들에 따른, 유전체 필라들의 다양한 구성들에 대한 메모리 스택 구조물들(55)에 대한 응력의 크기를 예시하고 있다. (응력의 크기에 대한) 수직축의 단위는 임의적이다. "Ref"라고 표시된 경우는 유전체 필라들(20)의 어레이가 존재하지 않는 구성을 지칭한다. "대각 레이아웃"이라고 표시된 경우는 유전체 필라들(20)의 어레이의 제3 구성을 지칭한다. "지그재그 레이아웃"이라고 표시된 경우는 유전체 필라들(20)의 어레이의 제1 구성을 지칭한다.Referring to FIG. 20, the graph illustrates the magnitude of stresses to
유전체 필라들(20)의 어레이는 제조 공정 동안 안정된 구조물들을 제공하기 위해 기계적 응력을 감소시킨다. 도 20의 시뮬레이션 데이터는 교번 스택(32, 46) 내의 100개의 층들이 선형 반복 경계 조건을 이용한다는 가정에 의해 획득되었다. 불균형된 모세관력 하에서 유전체 필라들(20)에 대한 핑거 틸팅(finger tilting) 및 응력들의 컴퓨터 시뮬레이션에 기초하여, 핑거 틸팅의 진폭, 또는 핑거 붕괴(finger collapse)의 위험이 지그재그 레이아웃에서 25%만큼 감소될 수 있다.The array of
본 개시내용의 제1 예시적인 구조물은 연속적인 소스 구조물(76)을 메모리 개구부들(49) 내의 반도체 채널들(60)에 대한 하단 연결부로서 이용한다. 유전체 필라들(20)의 어레이는 소스 전도성 층(76L)의 형성 동안 메모리 스택 구조물들(55)에 대한 기계적 응력으로부터의 구조적 보호를 제공한다.A first exemplary embodiment of the present disclosure utilizes a
유전체 필라들(20)의 어레이는 소스 라인 캐비티(15)의 붕괴를 방지하기 위해 그리고 소스 전도성 층(76L)을 포함하는 연속적인 소스 구조물(76)의 형성을 가능하게 하기 위해 이용될 수 있다. 유전체 필라들(20)의 존재가 소스측 접촉 저항에 악영향을 미칠 수 있지만, 소스측 접촉 저항의 열화는 도 13a 내지 도 13c에 예시된 밀도들에서 관리가능하다.The array of
유전체 필라들(20)은 유전체 재료로 본질적으로 이루어진 지지 페데스탈 구조물들이다. 소스 전도성 층(76L)은 교번 스택(32, 46) 아래에 있고 기판 반도체 층(10)을 포함하는 기판 위에 있다. 소스 전도성 층(76L)은 반도체 채널들(60)의 각각의 반도체 채널의 하단 단부에 전기적으로 단락된다. 지지 페데스탈 구조물들로서, 유전체 필라들(20)은 소스 전도성 층(76L)과 접촉하고, 교번 스택(32, 46) 아래에 위치된다.The
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 지지 페데스탈 구조물들이 반도체 재료 또는 유전체 재료로서 제공될 수 있는 일 실시예가 개시된다. 예를 들어, 지지 페데스탈 구조물들이 도핑된 반도체 재료 부분들로서 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들은 레일 구조물들로서 형성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 레일 구조물은 수평 방향을 따라 측방으로 연장되고 균일한 높이를 갖는 구조물을 지칭한다.According to another aspect of the present disclosure, an embodiment is disclosed in which support pedestal structures can be provided as a semiconductor material or a dielectric material. For example, support pedestal structures may be provided as doped semiconductor material portions. In one embodiment, the support pedestal structures may be formed as rail structures. As used herein, a rail structure refers to a structure that extends laterally along the horizontal direction and has a uniform height.
도 21을 참조하면, 본 개시내용의 제2 실시예에 따른 제2 예시적인 구조물이 예시되어 있다. 제2 예시적인 구조물은, 반도체 기판, 전도성 기판, 또는 절연체 기판일 수 있는, 기판(8)을 포함한다. 기판(8)은 그 위에 형성된 요소들에 대한 구조적 지지를 제공하기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판(8)의 두께는 50 마이크로미터 내지 1 mm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(8)은 단결정 기판 또는 다결정 기판과 같은 반도체 기판일 수 있다. (앞서 기술된 주변 디바이스들(210)과 같은) 반도체 디바이스들은 이하에서 기술될 메모리 디바이스들의 형성 이전에 또는 그 이후에 기판(8)의 주변 디바이스 영역(도시되지 않음)에 형성될 수 있다. 이러한 반도체 디바이스들은 기판(8) 위에 차후에 형성될 메모리 디바이스들의 동작을 지원하기 위해 이용될 수 있는 주변 디바이스들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 21, a second exemplary structure according to a second embodiment of the present disclosure is illustrated. The second exemplary structure includes a
절연체 층(120)이 기판(8) 위에 형성될 수 있다. 절연체 층(120)은 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함한다. 절연체 층(120)의 두께는 10 nm 내지 300 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.An
소스 전도성 층(140)(예컨대, 소스 라인 또는 소스 전극)이 절연체 층(120) 위에 형성될 수 있다. 소스 전도성 층(140)은, 금속 재료, 고농도로 도핑된 반도체 재료, (금속 실리사이드와 같은) 금속-반도체 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는, 전도성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 소스 전도성 층(140)은 텅스텐 실리사이드 층 또는, 아래에서 위로, (TiN 층과 같은) 전도성 금속 질화물 층 및 (텅스텐 층과 같은) 금속 층의 수직 스택을 포함할 수 있다. 소스 전도성 층(140)은 컨포멀 또는 비-컨포멀 퇴적에 의해 형성될 수 있고, 전체에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 평면 재료 층으로서 형성될 수 있다.A source conductive layer 140 (e.g., source line or source electrode) may be formed over the
희생 재료 부분들(151)은, 제1 수평 방향(hd1)(예컨대, 워드 라인 방향)을 따라 연장되고 제2 수평 방향(hd2)(예컨대, 비트 라인 방향)을 따라 서로 측방으로 이격된, 레일 구조물들로서 형성될 수 있다. 희생 재료 부분들(151)은 희생 재료 층을 평면 재료 층으로서 퇴적시키는 것, 그 위에 포토레지스트 층을 도포 및 패터닝하는 것, 및 (반응성 이온 에칭 공정과 같은) 비등방성 에칭 공정에 의해 포토레지스트 층의 패턴을 평면 재료 층을 관통하여 전사시키는 것에 의해 형성될 수 있다. 소스 전도성 층(140)은 비등방성 에칭 공정에 대한 정지 층으로서 기능할 수 있다. 희생 재료 층의 각각의 남아 있는 부분은 희생 재료 부분(151)을 구성한다. 포토레지스트 층은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다.The
일 실시예에서, 각각의 희생 재료 부분(151)의 폭은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 차후에 형성될 메모리 개구부들의 이웃하는 행들의 쌍 사이의 중심간 거리 정도이도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 이웃하는 희생 재료 부분들(151)의 쌍 사이의 간격은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 차후에 형성될 메모리 개구부들의 이웃하는 행들의 쌍 사이의 중심간 거리 정도일 수 있다. 일 실시예에서, 희생 재료 부분들(151)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 1차원 주기적 어레이를 형성할 수 있고, 1차원 어레이의 주기성(즉, 희생 재료 부분(151)의 폭과 이웃하는 희생 재료 부분들(151)의 쌍 사이의 간격의 합)은 차후에 형성될 메모리 개구부들 사이의 행간 거리(inter-row distance)의 2배와 동일할 수 있다.In one embodiment, the width of each
희생 재료 부분들(151)은 반도체 재료 또는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 희생 재료 층 및 이로부터 형성된 희생 재료 부분들(151)은 의도적으로 도핑되지 않은 반도체 재료를 포함한다. 의도적으로 도핑되지 않은 반도체 재료는 진성(intrinsic)일 수 있거나, 퇴적 동안 미량 레벨(trace level)로 도펀트들이 혼입되는 것으로 인해 낮은 농도의 전기 도펀트들을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "도핑되지 않은 반도체 재료"는 진성 반도체 재료 및 1.0 x 1016/cm3 미만의 원자 농도로 전기 도펀트들을 포함하는 반도체 재료를 일괄하여 지칭한다. 도핑되지 않은 반도체 재료는 반도체 재료의 퇴적 동안 전기 도펀트들을 의도적으로 혼입시키지 않는 것에 의해 형성될 수 있다.The
일 실시예에서, 도핑되지 않은 반도체 재료는 고농도로 도핑된 반도체 재료, 즉 1.0 x 105 S/cm 초과의 전기 전도율을 갖는(예컨대, 1.0 x 1019/cm3 초과의 도펀트 농도를 갖는) 도핑된 반도체 재료에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 희생 재료 부분들(151)의 도핑되지 않은 반도체 재료는 비정질 실리콘, 다결정 또는 비정질 게르마늄, 비정질 실리콘-게르마늄 합금, 또는 40% 초과의 원자 농도로 게르마늄을 포함하는 다결정 실리콘-게르마늄 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment, the undoped semiconductor material is a heavily doped semiconductor material, i. E. Having a conductivity of greater than 1.0 x 10 5 S / cm (e.g., having a dopant concentration of greater than 1.0 x 10 19 / cm 3 ) Or may be a material that can be selectively removed with respect to the underlying semiconductor material. In one embodiment, the undoped semiconductor material of
다른 실시예에서, 희생 재료 층 및 희생 재료 부분들(151)은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 이 경우에, 희생 재료 부분들(151)의 유전체 재료는 차후에 형성될 지지 필라 구조물들의 재료들에 대해 선택적으로 그리고 차후에 형성될 교번 스택에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 재료들 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 희생 재료 부분들(151)은 다공성 또는 비-다공성 유기 실리케이트 유리(OSG), 비정질 탄소, 또는 다이아몬드 유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)와 같은 유전체 재료를 포함할 수 있다.In other embodiments, the sacrificial material layer and
유전체 라이너(153)는 희생 재료 부분들(151)의 상단 표면들 및 측벽들 위에 그리고 소스 전도성 층(140)의 물리적으로 노출된 표면들 상에 컨포멀 재료 층으로서 임의로 형성될 수 있다. 유전체 라이너(153)는 실리콘 질화물과 같은 확산 장벽 재료를 포함할 수 있다. 임의적인 유전체 라이너(153)의 두께는 3 nm 내지 10 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 유전체 라이너(153)의 상단 부분들은 도 21의 컷아웃 영역에 도시되어 있지 않으며, 컷아웃 영역이란 컷아웃 영역의 하단 수평 평면 아래에 있는 요소들을 보다 명확하게 예시하기 위해 모든 요소들이 도면에서 제거되어 있는 영역이다. 선형 트렌치(159)는 각각의 이웃하는 희생 재료 부분들(151)의 쌍 사이에 존재한다.The
도 22를 참조하면, 지지 페데스탈 구조물들(156)이 라인 트렌치들(159)에 형성된다. 반도체 재료 또는 유전체 재료가 라인 트렌치들(159) 내로 퇴적될 수 있다. 지지 페데스탈 구조물들(156)에 대해 이용될 수 있는 예시적인 반도체 재료는 1.0 x 1019/cm3 초과, 그리고 바람직하게는 1.0 x 1020/cm3 초과(예컨대, 5 x 1019/cm3 내지 5 x 1021/cm3)의 원자 농도로 붕소를 포함하는 붕소 도핑된 실리콘(예컨대, 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘)을 포함한다. 이 경우에, 트리메틸-2-하이드록시에틸 수산화 암모늄(TMY)과 같은 에칭제에서 지지 페데스탈 구조물들(156)에 대해 선택적으로 희생 재료 부분들(151)을 제거하는 것을 가능하게 하기 위해, 지지 페데스탈 구조물들(156)의 붕소 도핑된 실리콘이 도핑되지 않은 비정질 실리콘을 포함하는 희생 재료 부분들(151)과 결합하여 이용될 수 있다.Referring to FIG. 22,
지지 페데스탈 구조물들(156)에 대해 이용될 수 있는 예시적인 절연체 재료들은 도핑되지 않은 실리케이트 유리(즉, 실리콘 산화물), 도핑된 실리케이트 유리, 실리콘 질화물, 및 유전체 금속 산화물을 포함한다. 이 경우에, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 유전체 재료를 포함하는 레일 구조물들일 수 있고, 희생 재료 부분들(151)은 지지 페데스탈 구조물들(156)에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 (유기 실리케이트 유리, 비정질 탄소, 또는 다이아몬드 유사 탄소와 같은) 재료들을 포함한다.Exemplary insulator materials that may be utilized for the
퇴적된 재료의 잉여 부분들은 평탄화 공정에 의해 희생 재료 부분들(151)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 평탄화 공정은 리세스 에칭 공정 및/또는 화학 기계적 평탄화를 포함할 수 있다. 라인 트렌치들(159) 내의 퇴적된 재료의 각각의 남아 있는 부분은 지지 페데스탈 구조물(156)을 구성한다. 각각의 지지 페데스탈 구조물(156)은 제1 수평 방향을 따라 측방으로 연장되는 레일 구조물일 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 라이너(153)의 수평 부분들은 평탄화 공정에 의해 희생 재료 부분들(151)의 상단 표면들 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 이 경우에, 희생 재료 부분들(151)의 상단 표면들은 지지 페데스탈 구조물들(156)의 상단 표면들과 코플래너일 수 있다(즉, 동일한 평면 내에 있음). 유전체 라이너(153)가 도 21의 처리 단계에서 형성되는 경우, 유전체 라이너(153)의 U자 형상의 부분이 각각의 지지 페데스탈 구조물(156)과 소스 전도성 층(140) 사이에 존재할 수 있다.Surplus portions of the deposited material may be removed from above the horizontal plane including the top surface of the
지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)을 포함하는 층(151, 153, 156)이 소스 전도성 층(140) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 (p-형 또는 n-형일 수 있는) 제1 전도성 유형의 도핑을 갖는 제1 반도체 재료를 포함할 수 있고, 희생 재료 부분들(152)은 (비정질의 도핑되지 않은 실리콘과 같은) 도핑되지 않은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 제1 반도체 재료는 p-도핑된 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있고, 도핑되지 않은 반도체 재료는 도핑되지 않은 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다.
도 23을 참조하면, 제1 재료 층들 및 제2 재료 층들의 교번 스택이 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분(151)의 상단 표면들 위에 형성된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "재료 층"은 층 전체에 걸쳐 재료를 포함하는 층을 지칭한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제1 요소들 및 제2 요소들의 교번 스택은 제1 요소들의 인스턴스들과 제2 요소들의 인스턴스들이 교대로 있는 구조물을 지칭한다. 교대로 있는 복수의 요소들 중 말단 요소가 아닌 제1 요소들의 각각의 인스턴스는 양측에 있는 제2 요소들의 2개의 인스턴스와 인접해 있고, 교대로 있는 복수의 요소들 중 말단 요소가 아닌 제2 요소들의 각각의 인스턴스는 양측에 있는 제1 요소들의 2개의 인스턴스와 인접해 있다. 제1 요소들은 그들 간에 동일한 두께를 가질 수 있거나, 상이한 두께들을 가질 수 있다. 제2 요소들은 그들 간에 동일한 두께를 가질 수 있거나, 상이한 두께들을 가질 수 있다. 교대로 있는 복수의 제1 재료 층들 및 제2 재료 층들은 제1 재료 층들의 인스턴스로 또는 제2 재료 층들의 인스턴스로 시작할 수 있고, 제1 재료 층들의 인스턴스로 또는 제2 재료 층들의 인스턴스로 끝날 수 있다. 일 실시예에서, 제1 요소들의 인스턴스 및 제2 요소들의 인스턴스는 교대로 있는 복수의 요소들 내에서 주기성을 갖고 반복되는 단위를 형성할 수 있다.23, an alternating stack of first material layers and second material layers is formed over the upper surfaces of the
각각의 제1 재료 층은 제1 재료를 포함하고, 각각의 제2 재료 층은 제1 재료와 상이한 제2 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 제1 재료 층은 절연 층(32)일 수 있고, 각각의 제2 재료 층은 각각의 수직으로 이웃하는 절연 층들(32)의 쌍 사이에 수직 간격을 제공하는 스페이서 재료 층일 수 있다. 일 실시예에서, 스페이서 재료 층들은 전기 전도성 층들로서 형성될 수 있다.Each first material layer comprises a first material, and each second material layer comprises a second material different from the first material. In one embodiment, each first layer of material may be an insulating
다른 실시예에서, 스페이서 재료 층들은 희생 재료 층들(42)로서 형성될 수 있다. 이 경우에, 제1 실시예에서와 같이, 스택은 교대로 있는 복수의 절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)을 포함할 수 있으며, 절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)을 포함하는 교번 층들의 프로토타입 스택을 구성한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "프로토타입" 구조물 또는 "공정 중" 구조물은 그 내의 적어도 하나의 컴포넌트의 형상 또는 조성이 차후에 수정되는 일시적 구조물을 지칭한다.In another embodiment, the spacer material layers may be formed as sacrificial material layers 42. In this case, as in the first embodiment, the stack may include a plurality of alternating insulating
일 실시예에서, 교번 스택(32, 42)은 제1 재료로 이루어진 절연 층들(32)과, 절연 층들(32)의 재료와 상이한 제2 재료로 이루어진 희생 재료 층들(42)을 포함할 수 있다. 절연 층들(32)의 제1 재료는 적어도 하나의 절연 재료일 수 있다. 이에 따라, 각각의 절연 층(32)은 절연 재료 층일 수 있다. 절연 층들(32)에 대해 이용될 수 있는 절연 재료들은 실리콘 산화물(도핑된 또는 도핑되지 않은 실리케이트 유리를 포함함), 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 유기 실리케이트 유리(OSG), 스핀-온 유전체 재료들, 고 유전 상수(하이-k) 유전체 산화물들(예컨대, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 등)이라고 흔히 알려져 있는 유전체 금속 산화물들 및 그의 실리케이트들, 유전체 금속 산질화물들 및 그의 실리케이트들, 그리고 유기 절연 재료들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 절연 층들(32)의 제1 재료는 실리콘 산화물일 수 있다.In alternate embodiments,
희생 재료 층들(42)의 제2 재료는 절연 층들(32)의 제1 재료에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 희생 재료이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 제거 공정이 제2 재료의 제거 속도의 적어도 2배인 속도로 제1 재료를 제거하는 경우, 제1 재료의 제거가 제2 재료에 대해 "선택적"이다. 제2 재료의 제거 속도에 대한 제1 재료의 제거 속도의 비는 본원에서 제2 재료에 대한 제1 재료의 제거 공정의 "선택도"라고 지칭된다.The second material of the sacrificial material layers 42 is a sacrificial material that can be selectively removed relative to the first material of the insulating layers 32. As used herein, when the removal process removes the first material at a rate that is at least twice the removal rate of the second material, removal of the first material is "optional" for the second material. The ratio of the removal rate of the first material to the removal rate of the second material is referred to herein as the "selectivity" of the removal process of the first material for the second material.
희생 재료 층들(42)은 절연 재료, 반도체 재료, 또는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료는, 예를 들어, 수직 NAND 디바이스의 제어 게이트 전극들로서 기능할 수 있는 전기 전도성 전극들로 차후에 대체될 수 있다. 제2 재료의 비제한적인 예들은 실리콘 질화물, (비정질 실리콘과 같은) 비정질 반도체 재료, 및 (폴리실리콘과 같은) 다결정 반도체 재료을 포함한다. 일 실시예에서, 희생 재료 층들(42)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 및 게르마늄 중 적어도 하나를 비롯한 반도체 재료를 포함하는 스페이서 재료 층들일 수 있다.The sacrificial material layers 42 may comprise an insulating material, a semiconductor material, or a conductive material. The second material of sacrificial material layers 42 may be subsequently replaced with electrically conductive electrodes, which may, for example, function as control gate electrodes of a vertical NAND device. Non-limiting examples of the second material include silicon nitride, an amorphous semiconductor material (such as amorphous silicon), and a polycrystalline semiconductor material (such as polysilicon). In one embodiment, the sacrificial material layers 42 may be silicon nitride or spacer material layers comprising a semiconductor material, including at least one of silicon and germanium.
일 실시예에서, 절연 층들(32)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 희생 재료 층들은 실리콘 질화물 희생 재료 층들을 포함할 수 있다. 절연 층들(32)의 제1 재료는, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD)에 의해 퇴적될 수 있다. 예를 들어, 절연 층들(32)에 대해 실리콘 산화물이 이용되는 경우, TEOS(tetraethyl orthosilicate)가 CVD 공정에 대한 전구체 재료로서 이용될 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료는, 예를 들어, CVD 또는 원자 층 퇴적(ALD)에 의해 형성될 수 있다.In one embodiment, the insulating
희생 재료 층들(42)의 대체에 의해 차후에 형성될 전도성 재료 부분들이, 차후에 형성될 모놀리식 3차원 NAND 스트링 메모리 디바이스들의 제어 게이트 전극들과 같은, 전기 전도성 전극들로서 기능할 수 있도록 희생 재료 층들(42)이 적당하게 패터닝될 수 있다. 희생 재료 층들(42)은 기판(8)의 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립 형상을 갖는 부분을 포함할 수 있다.The portions of the conductive material to be subsequently formed by the replacement of the sacrificial material layers 42 may be removed from the surface of the sacrificial material layers (not shown) such that they may function as electrically conductive electrodes, such as the control gate electrodes of the monolithic three- 42 may be suitably patterned. The sacrificial material layers 42 may include portions having a strip shape extending substantially parallel to the top surface of the
절연 층들(32) 및 희생 재료 층들(42)의 두께들은 20 nm 내지 50 nm의 범위에 있을 수 있지만, 각각의 절연 층(32)에 대해 그리고 각각의 희생 재료 층(42)에 대해 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 이용될 수 있다. 절연 층(32)과 희생 재료 층(예컨대, 제어 게이트 전극 또는 희생 재료 층)(42)의 쌍들의 반복 횟수가 2 내지 1,024, 그리고 전형적으로 8 내지 256의 범위에 있을 수 있지만, 보다 큰 반복 횟수가 또한 이용될 수 있다. 스택에서의 상단 및 하단 게이트 전극들은 선택 게이트 전극들로서 기능할 수 있다. 일 실시예에서, 교번 스택(32, 42) 내의 각각의 희생 재료 층(42)은 각자의 희생 재료 층(42) 각각 내에서 실질적으로 불변인 균일한 두께를 가질 수 있다.Thicknesses of the insulating
본 개시내용이 제2 재료 층들이 희생 재료 층들로서 형성되는 일 실시예를 이용하여 기술되지만, 제2 재료 층들이 전기 전도성 층들로서 형성될 수 있다는 것이 이해된다. 이 경우에, 희생 재료 층들을 전기 전도성 층들로 대체하기 위해 이용되는 처리 단계들이 생략될 수 있다.It is understood that although the present disclosure is described using an embodiment in which the second material layers are formed as sacrificial material layers, the second material layers may be formed as electrically conductive layers. In this case, the processing steps used to replace the sacrificial material layers with the electrically conductive layers may be omitted.
교번 스택(32, 42)의 상부 단부가 절연 층(32)의 인스턴스로 끝날 수 있다. 대안적으로, 교번 스택(32, 42)의 상부 단부가 희생 재료 층(42)의 인스턴스로 끝날 수 있고, 보다 큰 두께를 갖는 절연 캡 층(70)이 교번 스택(32, 42) 위에 형성될 수 있다. 절연 캡 층(70)은 절연 층들(32)과 동일한 조성을 가질 수 있고, 절연 층들(32)보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 절연 캡 층(70)은, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적에 의해 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 절연 캡 층(70)은 실리콘 산화물 층일 수 있다. 컷아웃 영역의 수평 하단 표면 아래에 있는 요소들을 예시하기 위해 교번 스택(32, 42) 및 절연 캡 층(70)이 컷아웃 영역에 도시되어 있지 않다.The upper end of the alternating
단차가 있는 캐비티들(도시되지 않음) 및 역단차가 있는 유전체 재료 부분들(도시되지 않음)이 제1 실시예에서와 동일한 방법들을 이용하여 교번 스택(32, 42) 상에 형성될 수 있다. 유전체 지지 필라들이 제1 실시예에서와 같이 형성될 수 있다.Cavities (not shown) with stepped portions and dielectric material portions (not shown) with inverted steps can be formed on
도 24를 참조하면, 적어도 포토레지스트 층을 포함하는 리소그래피 재료 층(도시되지 않음)이 절연 캡 층(70) 위에 형성될 수 있고, 그에 개구부들을 형성하기 위해 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있다. 리소그래피 재료 층에서의 패턴이 비등방성 에칭 공정에 의해 절연 캡 층(70)을 관통하여 그리고 교번 스택(32, 42) 전체를 관통하여 그리고 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분(151) 내로 전사될 수 있다. 교번 스택(32, 42) 그리고 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분(151)을 포함하는 층의 상부 부분이 패터닝된 리소그래피 재료 층에서의 개구부들 아래에 있는 구역들에서 비등방성 에칭 공정 동안 제거된다. 일 실시예에서, 메모리 개구부들(49)의 하단 표면들은 소스 전도성 층(140)의 상단 표면으로부터 수직으로 이격될 수 있다. 교번 스택(32, 42)의 재료들을 관통하여 에칭하기 위해 이용되는 비등방성 에칭 공정의 화학작용은 교번 스택(32, 42) 내의 제1 및 제2 재료들의 에칭을 최적화하도록 교대로 일어날 수 있다. 비등방성 에칭은, 예를 들어, 일련의 반응성 이온 에칭들일 수 있다. 메모리 개구부들(49)의 측벽들은 실질적으로 수직일 수 있거나, 테이퍼질 수 있다. 패터닝된 리소그래피 재료 스택은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다.Referring to Figure 24, a lithographic material layer (not shown) comprising at least a photoresist layer may be formed over the insulating
일 실시예에서, 메모리 개구부들(49) 각각은 각자의 지지 페데스탈 구조물(156)의 일부분 및 각자의 희생 재료 부분(151)의 일부분을 관통하여 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 메모리 개구부들(49)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 연장되는 행들로 배열될 수 있다. 메모리 개구부들(49)의 행들은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방으로 이격될 수 있다. 행 내의 각각의 메모리 개구부(49)가 지지 페데스탈 구조물(156)과 희생 재료 부분(151)의 이웃하는 쌍을 스트래들(straddle)하도록, 메모리 개구부들(49)의 각각의 행의 위치가 선택될 수 있다.In one embodiment, each of the
지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)의 재료들이 메모리 개구부들(49)의 형성 동안 부분적으로 제거된다. 일 실시예에서, 메모리 개구부들(49)은 원, 타원, 초타원, 또는 수평 단면 형상의 기하학적 중심 쪽으로 오목한 표면들을 제공하는 닫힌 도형(closed shape)의 수평 단면 형상을 갖는 대체로 원통형인 형상을 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 요소의 "기하학적 중심"은 요소와 동일한 형상 및 위치를 가지며 전체에 걸쳐 균일한 밀도를 갖는 가설적 객체(hypothetical object)의 질량 중심이다. 이 경우에, 메모리 개구부들(49)의 형성 동안 오목 측벽들이 지지 페데스탈 구조물들(156) 상에 형성될 수 있고 부가의 오목 측벽들이 희생 재료 부분들(151) 상에 형성될 수 있다. 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151) 상의 각각의 오목 측벽은 실질적으로 수직일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "딤플형 측벽(dimpled sidewall)"은, 동일한 수직 평면 내에 위치되고 오목 측벽들과 인접한 평면 측벽들을 포함하는, 연속적인 측벽들의 세트를 지칭한다. 지지 페데스탈 구조물들(156) 각각은 한 쌍의 딤플형 측벽들을 포함할 수 있으며, 각각의 딤플형 측벽은 각자의 오목 수직 측벽들과 인접한 각자의 평면 수직 측벽들을 포함한다. 마찬가지로, 희생 재료 부분들(151) 각각은 한 쌍의 딤플형 측벽들을 포함할 수 있으며, 각각의 딤플형 측벽은 각자의 오목 수직 측벽들과 인접한 각자의 평면 수직 측벽들을 포함한다.The materials of the
메모리 개구부들(49) 각각은 기판 반도체 층(8)의 최상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장되는 측벽(또는 복수의 측벽들)을 포함할 수 있다. 메모리 개구부들(49)의 어레이가 형성되는 영역은 본원에서 메모리 어레이 영역이라고 지칭된다. 메모리 개구부들(49) 각각은 30 nm 내지 120 nm의 범위에 있는 (직경 또는 장축(major axis)과 같은) 측방 치수를 가질 수 있지만, 보다 작은 측방 치수들 및 보다 큰 측방 치수들이 또한 이용될 수 있다.Each of the
도 25를 참조하면, 메모리 막(50)이 한 세트의 컴포넌트 층들의 순차적 퇴적에 의해 각각의 메모리 개구부(49) 내에 형성될 수 있다. 한 세트의 컴포넌트 층들은, 각각의 메모리 개구부(49)에서 외부로부터 내부로 그리고 순차적 퇴적의 순서로, 임의적인 차단 유전체 층(52), 전하 저장 요소 층(54), 및 터널링 유전체 층(56)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 25, a
구체적으로는, 차단 유전체 층(52)은, 실리콘 산화물, 유전체 금속 산화물, 또는 이들의 조합일 수 있는, 적어도 하나의 유전체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 차단 유전체 층(52)은 7.9 초과의 유전 상수를 갖는 유전체 금속 산화물을 포함할 수 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 차단 유전체 층(52)은 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 차단 유전체 층(52)은 알루미늄 산화물 및 실리콘 산화물의 스택을 포함할 수 있다. 차단 유전체 층(52)의 두께는 1 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Specifically, blocking
전하 저장 요소 층(54)은, 예를 들어, 실리콘 질화물일 수 있는, 유전체 전하 트래핑 재료를 포함하는 전하 트래핑 재료의 단일 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전하 저장 요소 층(54)은, 예를 들어, 희생 재료 층들(42) 내로의 측방 리세스들 내에 형성되는 것에 의해 다수의 전기적으로 격리된 부분들(예컨대, 플로팅 게이트들)로 패터닝되는 도핑된 폴리실리콘 또는 금속 재료와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다.The charge
대안적으로, 전하 저장 요소 층(54)이 균질한 조성의 단일 메모리 재료 층으로서 형성될 수 있거나, 다수의 메모리 재료 층들의 스택을 포함할 수 있다. 다수의 메모리 재료 층들은, 이용되는 경우, 전도성 재료들(예컨대, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄, 백금, 루테늄, 및 이들의 합금과 같은 금속, 또는 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 또는 이들의 조합과 같은 금속 실리사이드) 및/또는 반도체 재료들(예컨대, 적어도 하나의 원소 반도체 요소 또는 적어도 하나의 화합물 반도체 재료를 포함하는 다결정 또는 비정질 반도체 재료)을 함유하는 복수의 이격된 플로팅 게이트 재료 층들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전하 저장 요소 층(54)은 실리콘 질화물 층을 포함한다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 전하 저장 요소 층(54)은, 하나 이상의 실리콘 질화물 세그먼트와 같은, 절연성 전하 트래핑 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전하 저장 요소 층(54)은, 예를 들어, 루테늄 나노입자들일 수 있는, 금속 나노입자들과 같은 전도성 나노입자들을 포함할 수 있다. 전하 저장 요소 층(54)이, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD), 원자 층 퇴적(ALD), 물리적 기상 퇴적(PVD), 또는 전하들을 그에 저장하기 위한 임의의 적당한 퇴적 기법에 의해 형성될 수 있다. 전하 저장 요소 층(54)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Alternatively, the charge
터널링 유전체 층(56)은 유전체 재료를 포함하고, 이를 통해 적당한 전기 바이어스 조건들 하에서 전하 터널링이 수행될 수 있다. 터널링 유전체 층(56)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, (알루미늄 산화물 및 하프늄 산화물과 같은) 유전체 금속 산화물들, 유전체 금속 산질화물, 유전체 금속 실리케이트들, 이들의 합금들, 및/또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체 층(56)은, ONO 스택이라고 흔히 알려져 있는, 제1 실리콘 산화물 층, 실리콘 산질화물 층, 및 제2 실리콘 산화물 층의 스택을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 터널링 유전체 층(56)은 실질적으로 탄소가 없는 실리콘 산화물 층 또는 실질적으로 탄소가 없는 실리콘 산질화물 층을 포함할 수 있다. 터널링 유전체 층(56)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.
메모리 막(50)은 각각의 지지 페데스탈 구조물(156)의 측벽 및 리세싱된 수평 표면 바로 위에 그리고 각각의 희생 재료 부분(151)의 측벽 및 리세싱된 수평 표면 바로 위에 연속적인 층 스택으로서 형성될 수 있다.The
반도체 채널 층(60L)이 메모리 막(50) 상에 퇴적될 수 있다. 반도체 채널 층(60L)은 적어도 하나의 원소 반도체 재료, 적어도 하나의 III-V족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 II-VI족 화합물 반도체 재료, 적어도 하나의 유기 반도체 재료, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 반도체 재료들과 같은 반도체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 반도체 채널 층(60L)은 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘을 포함한다. 반도체 채널 층(60L)은 저압 화학적 기상 퇴적(LPCVD)과 같은 컨포멀 퇴적 방법에 의해 형성될 수 있다. 반도체 채널 층(60L)의 두께는 2 nm 내지 10 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.The
반도체 채널 층(60L)의 남아 있는 수직 부분이 반도체 채널(60)을 형성하도록 반도체 채널 층(60L)이 이 시점에서 또는 공정 중의 나중의 시점에서 교번 스택 위쪽으로부터 제거될 수 있다. 마찬가지로, 메모리 막(50)의 층들이 이 시점에서 또는 공정 중의 나중의 시점에서 메모리 스택의 상단 표면으로부터 제거될 수 있다. 드레인 영역(63)이 이 시점에서 또는 공정 중의 나중의 시점에서 반도체 채널(60)의 상단에 형성될 수 있다. 동일한 메모리 개구부(49) 내의 메모리 막(50)의 일부분 및 반도체 채널 층(60L)의 일부분이 메모리 스택 구조물(50, 60)을 구성한다. 각각의 메모리 스택 구조물(50, 60)은 메모리 막(50)의 수직 부분 및 반도체 채널 층(60L)의 수직 부분을 포함한다. 캐비티가 퇴적된 재료 층들(52, 54, 56, 60L)로 채워지지 않은 각각의 메모리 개구부(49)의 체적 내에 존재할 수 있다.The
메모리 개구부들(49) 내의 캐비티들에 유전체 재료를 퇴적시키는 것, 퇴적된 유전체 재료의 수평 부분들을 교번 스택(32, 42) 위쪽으로부터 제거하는 것, 및 퇴적된 유전체 재료를 수직으로 리세싱하는 것에 의해 유전체 코어(62)가 각각의 메모리 개구부(49) 내에 형성될 수 있다. 유전체 재료의 각각의 남아 있는 부분은 유전체 코어(62)를 구성한다.Depositing a dielectric material in the cavities in the
도 26을 참조하면, 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 절연 캡 층(70) 위에(예컨대, 반도체 채널 층(60L)이 교번 스택의 상단 위에 여전히 존재하는 경우 반도체 채널 층(60L)의 수평 부분 상에) 도포될 수 있고, 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되는 적어도 하나의 가늘고 긴 개구부들을 형성하도록 리소그래피 방식으로 패터닝된다. 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)를 형성하기 위해, 포토레지스트 층에서의 패턴이 교번 스택(32, 42) 위에 있는 퇴적된 재료 층들(52, 54, 56, 60L)(여전히 존재하는 경우)의 수평 부분, 절연 캡 층(70), 교번 스택(32, 42), 그리고 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)을 포함하는 층을 관통하여 전사될 수 있다. 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)의 일반적인 패턴은 제2 예시적인 구조물에서 유전체 필라들(20)이 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)의 조합으로 대체된 것을 제외하고는 도 12b에 예시된 것과 동일할 수 있다.26, a photoresist layer (not shown) is formed on the insulating cap layer 70 (e.g., when the
적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)는 교번 스택(32, 42)을 관통하여 그리고 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151) 내로 연장된다. 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)는 기존의 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)의 서브세트 또는 그 각각을 다수의 부분들로 분할할 수 있다. 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)에 의해 분할되는 바와 같은, 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 희생 재료 부분들(151)의 측벽들이 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)의 형성 시에 물리적으로 노출된다.At least one
도 27을 참조하면, 지지 페데스탈 구조물들(156), 교번 스택(32, 42), 소스 전도성 층(140), 및 메모리 막(50)의 (차단 유전체 층(52)과 같은) 가장 바깥쪽 층을 제거하지 않으면서 희생 재료 부분들(151)을 제거하는 것에 의해 측방 연장 캐비티들(157)이 형성된다. 일 실시예에서, 교번 스택(32, 42)의 재료들, 및 소스 전도성 층(140), 및 메모리 막(50)의 가장 바깥쪽 층에 대해 선택적으로 그리고 지지 페데스탈 구조물들(156) 및 유전체 라이너들(153) 중 적어도 하나에 대해 선택적으로 희생 재료 부분들(151)의 재료를 에칭하는 에칭제가 이용될 수 있다.27, the outermost layers (such as intercept dielectric layer 52) of
일 실시예에서, 희생 재료 부분들(151)은 도핑되지 않은 반도체 재료를 포함할 수 있고, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 1x1019 /cm3 초과의 도펀트 농도를 갖는 고농도로 도핑된 반도체 재료를 포함할 수 있다. 이 경우에, 도핑되지 않은 반도체 재료를 도핑된 반도체 재료에 대해 선택적으로 제거하는 습식 에칭 공정을 이용하여 지지 페데스탈 구조물들(156)을 제거하지 않으면서 희생 재료 부분들(151)이 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 도핑된 반도체 재료는 1.0 x 1019/cm3 초과(1.0 x 1020/cm3 초과 등) 의 원자 농도로 붕소를 포함하는 붕소 도핑된 비정질 실리콘과 같은 p-도핑된 실리콘 함유 재료를 포함하고, 도핑되지 않은 반도체 재료는 (도핑되지 않은 비정질 실리콘과 같은) 도핑되지 않은 실리콘 함유 재료를 포함하며, 습식 에칭 공정은 트리메틸-2 하이드록시에틸 수산화 암모늄(TMY)을 포함하는 용액을 에칭제로서 이용한다. 트리메틸-2 하이드록시에틸 수산화 암모늄(TMY)은 도핑되지 않은 실리콘을 붕소 도핑된 실리콘에 대해 높은 선택도로 에칭한다.In one embodiment, the
유전체 라이너들(153)이 제2 예시적인 구조물에 존재하는 경우에, 유전체 라이너(153)의 측벽들은 (습식 에칭과 같은) 등방성 에칭에 의해 임의로 제거될 수 있다. 유전체 라이너(153)가 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 유전체 라이너(153)의 측벽들은 인산을 이용하는 습식 에칭에 의해 제거될 수 있다. 유전체 라이너(153)의 수평 부분이 각각의 지지 페데스탈 구조물(156)과 소스 전도성 층(140) 사이에 남아 있도록 에칭 공정의 지속시간이 선택될 수 있다. 대안적으로, 유전체 라이너들(153)이 실질적으로 그대로 남아 있을 수 있다. 이 경우에, 수평 부분 및 수평 부분의 에지들로부터 위쪽으로 연장되는 한 쌍의 수직 부분들을 갖는 U자 형상의 유전체 라이너(153)가 각각의 지지 페데스탈 구조물(156) 상에 존재할 수 있다. 대안적으로, 유전체 라이너(153)가 도 21의 처리 단계들에서 형성되지 않을 수 있다. 이 경우에, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 소스 전도성 층(140)의 상단 표면과 접촉할 수 있다.In the case where
도 28 및 도 29를 참조하면, 측방 연장 캐비티들(157)에 물리적으로 노출된 메모리 막(50)의 부분들은, 지지 페데스탈 구조물들(156)과 접촉하는 메모리 막(50)의 부분들은 제거하지 않으면서, 반도체 채널 층(60L)(또는 층(60L)이 교번 스택의 상단으로부터 제거되는 경우 채널(60))에 대해 선택적으로 제거된다. 메모리 막(50)의 물리적으로 노출된 부분들을 제거하기 위해 그리고 (메모리 개구부 내의 반도체 채널 층(60L)의 수직 부분인) 반도체 채널의 각각의 측벽의 하부 부분을 물리적으로 노출시키기 위해 등방성 에칭이 이용될 수 있다. 반도체 채널들과 지지 페데스탈 구조물들(156) 사이의 영역들로부터 메모리 막(50)을 제거하는 것을 방지하기 위해 등방성 에칭의 지속시간이 제어될 수 있다. 측방 연장 캐비티들(157)에 물리적으로 노출되는 메모리 막(50)의 부분들을 제거할 시에 반도체 채널 층(60L)의 측벽들이 물리적으로 노출된다.28 and 29, portions of the
도 30 및 도 31을 참조하면, 도핑된 반도체 재료 층(150L)이 컨포멀 퇴적 공정에 의해 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79) 및 측방 연장 캐비티들(157)에 퇴적될 수 있다. 도핑된 반도체 재료 층(150L)은 전도성 재료일 수 있으며, 즉 1.0 x 105 S/cm 초과의 전기 전도율 및 1.0 x 1019/cm3 초과의 도펀트 원자 농도를 갖는 (p-도핑된 실리콘 또는 n-도핑된 실리콘과 같은) 고농도로 도핑된 반도체 재료를 포함할 수 있다. 도핑된 반도체 재료 층(150L)은 단일의 연속적인 구조물로서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 제1 전도성 유형의 도핑을 갖는 제1 반도체 재료를 포함할 수 있고, 도핑된 반도체 재료 층(150L)은 제1 전도성 유형과 반대인 제2 전도성 유형의 도핑을 갖는 제2 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제1 전도성 유형은 p-형일 수 있고, 제2 전도성 유형은 n-형일 수 있거나, 그 반대일 수 있다.Referring to FIGS. 30 and 31, a doped
측방 연장 캐비티(157)를 채우는 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 각각의 부분은 전도성 레일 구조물을 구성한다. 전도성 레일 구조물들 각각은 각자의 오목 수직 측벽들과 인접한 각자의 평면 수직 측벽들을 포함하는 딤플형 측벽들을 포함한다. 전도성 레일 구조물들의 딤플형 측벽들 내의 오목 수직 측벽들은, 메모리 개구부들 내의 반도체 채널 층(60L)의 수직 부분들인, 반도체 채널들의 측벽들과 접촉한다.Each portion of the doped
도핑된 반도체 재료 층(150L)의 수직 부분은 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 주변부에 존재한다. 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 수평 부분은 절연 캡 층(70) 위에 존재한다. 교번 스택(32, 42)을 관통하여 연장되는 수직 연장 캐비티는 각각의 배면 콘택트 트렌치(79) 내에 존재한다.A vertical portion of the doped
유전체 코어들(62) 위에 있는 각각의 수직으로 리세싱된 체적이 반도체 채널 층(60L)의 최상단 표면 위에 있는 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 수평 부분으로부터 아래쪽으로 돌출하는 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 부분들로 채워질 수 있다. 측방 연장 캐비티들(157)을 채우는 재료와 유전체 코어들(62) 위에 있는 수직으로 리세싱된 체적을 채우는 재료가 동시에 형성될 수 있다.Each vertically recessed volume on the
도 32를 참조하면, 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 부분들이, 예를 들어, 등방성 에칭 또는 비등방성 에칭에 의해 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 측벽들로부터 그리고 절연 캡 층(70) 위쪽으로부터 에치백된다. 반도체 채널 층(60L)의 수평 부분들 및 절연 캡 층(70) 위에 있는 메모리 막(50)의 수평 부분들 또는 역단차가 있는 유전체 재료 부분(들)(65)이, 적어도 하나의 비등방성 에칭 공정 및/또는 적어도 하나의 등방성 에칭 공정을 포함할 수 있는, 적어도 하나의 에칭 공정에 의해 제거될 수 있다. 예시적인 예에서, 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 재료의 부분들을 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치로부터 제거하는 것 및 도핑된 반도체 재료 층(150L) 및 반도체 채널 층(60L)의 재료들을 절연 캡 층(70)의 상단 표면 위쪽으로부터 제거하는 것이 수산화칼륨(KOH)을 이용하는 습식 에칭에 의해 수행될 수 있다.32, portions of the doped
측방 연장 캐비티들(157)의 각각의 체적이, 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 남아 있는 부분인, 각자의 전도성 레일 구조물(150)로 채워진다. 반도체 채널 층(60L)의 각각의 남아 있는 수직 부분은 반도체 채널(60)을 구성한다.Each volume of
메모리 막(50)의 수평 부분들을 절연 캡 층(70)의 상단 표면 위쪽으로부터 제거하는 것이 메모리 막(50) 내의 컴포넌트 층들을 순차적으로 제거하는 일련의 습식 에칭 공정들에 의해 수행될 수 있다. 메모리 막(50)이 다수의 메모리 막들(50)로 분할되고, 각각의 메모리 막은 전적으로 각자의 메모리 개구부 내에 위치된다. 각자의 메모리 개구부 내의 각각의 메모리 막(50)은 절연 캡 층(70)의 상단 표면으로부터 소스 전도성 층(140) 내로 연속적으로 연장될 수 있고, 전도성 레일 구조물들(150) 및 지지 페데스탈 구조물들(156)의 레벨에 개구부를 포함한다. 전도성 레일 구조물(150)은 전도성 레일 구조물의 레벨에 있는 메모리 막(50) 내의 개구부를 통해 메모리 막(50) 내의 반도체 채널(60)의 측벽과 접촉한다. 메모리 막(50) 내의 개구부는 메모리 막(50)의 한쪽 측면에만 위치되고, 메모리 막의 다른 쪽 측면은 절연 캡 층(70)의 상단 표면으로부터 소스 전도성 층(140)의 리세싱된 수평 표면과 접촉하는 메모리 막(50)의 수평 하단 표면까지 계속하여 연장된다.Removing the horizontal portions of the
각각의 인접하는 반도체 채널(60)과 메모리 막(50)의 쌍은 메모리 스택 구조물(55)을 구성한다. 각각의 메모리 스택 구조물(55)은 메모리 개구부(49) 내에 위치되고, 교번 스택(32, 42)을 관통하여 수직으로 연장된다. 각각의 반도체 채널(60)은 수직 전계 효과 트랜지스터(vertical field effect transistor)의 채널이다. 각각의 전도성 레일 구조물(150)은 각자의 전도성 레일 구조물(150)에 바로 인접하는 반도체 채널들(60)을 포함하는 복수의 수직 전계 효과 트랜지스터들(예컨대, NAND 스트링들)에 대한 공통 소스 영역일 수 있다. 각각의 희생 재료 부분(151)이 전도성 레일 구조물(150)로 대체될 수 있다.Each
각각의 유전체 코어(62) 위쪽의 도핑된 반도체 재료 층(150L)의 각각의 남아 있는 부분은 각자의 반도체 채널(60)의 상단부와 접촉하고, 드레인 영역(63)을 구성한다. 전도성 레일 구조물들(150) 및 드레인 영역들(63) 각각은 동일한 전도성 유형의 도핑을 가질 수 있고, 1.0 x 1020/cm3 초과와 같은, 1.0 x 1019/cm3 초과일 수 있는, 동일한 원자 농도로 동일한 전기 도펀트를 포함할 수 있다. 따라서, 전도성 레일 구조물들(150) 및 드레인 영역들(63)이 동일한 세트의 처리 단계들을 이용하여 동시에 형성될 수 있다. 반도체 채널들(60)이 도핑되지 않을 수 있거나, 전도성 레일 구조물들(150) 및 드레인 영역들(63)의 전도성 유형의 반대 전도성 유형의 도핑을 가질 수 있다. 대안적으로, 드레인 영역들(63) 및 채널(60)은 앞서 기술된 바와 같이 공정에서 보다 일찍 형성된다.Each remaining portion of the doped
도 33을 참조하면, 희생 재료 층들(42)의 제2 재료를 절연 층들(32)의 제1 재료에 대해 선택적으로 에칭하는 에칭제가, 예를 들어, 에칭 공정을 이용하여 적어도 하나의 배면 트렌치(79) 내로 유입될 수 있다. 희생 재료 층들(42)이 제거되는 체적들에 배면 리세스들(43)이 형성된다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료의 제거가 절연 층들(32)의 제1 재료, 적어도 하나의 유전체 지지 필라(7P)의 재료, 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 재료, 전도성 레일 구조물들(150)의 도핑된 반도체 재료, 소스 전도성 층(140)의 재료, 및 (차단 유전체 층(52)과 같은) 메모리 막들(50)의 가장 바깥쪽 층의 재료에 대해 선택적일 수 있다. 일 실시예에서, 희생 재료 층들(42)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있고, 절연 층들(32), 적어도 하나의 유전체 지지 필라(7P), 및 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)의 재료들은 실리콘 산화물 및 유전체 금속 산화물들로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 지지 필라들(7P)은 채널 및 메모리 막을 포함하는 더미 메모리 스택 구조물들을 포함할 수 있으며, 여기서 채널은 비트 라인에 전기적으로 연결되지 않는다.33, an etchant that selectively etches the second material of the sacrificial material layers 42 with respect to the first material of the insulating
희생 재료 층들(42)의 제2 재료를 절연 층들(32)의 제1 재료 및 메모리 막들(50)의 가장 바깥쪽 층에 대해 선택적으로 제거하는 에칭 공정은 습식 에칭 용액을 이용하는 습식 에칭 공정일 수 있거나, 에칭제가 기상(vapor phase)으로 적어도 하나의 배면 트렌치(79) 내로 유입되는 기상 (건식) 에칭 공정(gas phase (dry) etch process)일 수 있다. 예를 들어, 희생 재료 층들(42)이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 에칭 공정은 예시적인 구조물이 실리콘 질화물을 실리콘 산화물, 실리콘, 및 본 기술분야에서 이용되는 다양한 다른 재료들에 대해 선택적으로 에칭하는 인산을 포함하는 습식 에칭 탱크 내에 침지되는 습식 에칭 공정일 수 있다. 적어도 하나의 유전체 지지 필라(7P), 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65), 및 메모리 스택 구조물들(55)은 배면 리세스들(43)이 희생 재료 층들(42)에 의해 이전에 점유된 체적 내에 존재하는 동안 구조적 지지를 제공한다.The etch process that selectively removes the second material of the sacrificial material layers 42 with respect to the first material of the insulating
각각의 배면 리세스(43)는 캐비티의 수직 범위보다 더 큰 측방 치수를 갖는 측방 연장 캐비티일 수 있다. 환언하면, 각각의 배면 리세스(43)의 측방 치수가 배면 리세스(43)의 높이보다 더 클 수 있다. 희생 재료 층들(42)의 제2 재료가 제거되는 체적 내에 복수의 배면 리세스들(43)이 형성될 수 있다. 메모리 스택 구조물들(55)이 형성되는 메모리 개구부들(49)은 본원에서 배면 리세스들(43)과 대조적으로 전면 리세스들 또는 전면 캐비티들이라고 지칭된다. 일 실시예에서, 메모리 어레이 영역(100)은 기판 반도체 층(8)을 포함하는 기판 위쪽에 배치된 복수의 디바이스 레벨들을 갖는 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함한다. 이 경우에, 각각의 배면 리세스(43)는 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 각자의 워드 라인을 수용하기 위한 공간을 정의할 수 있다.Each
복수의 배면 리세스들(43) 각각은 기판의 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 배면 리세스(43)는 아래에 있는 절연 층(32)의 상단 표면 및 위에 있는 절연 층(32)의 하단 표면에 의해 수직으로 경계지어질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 배면 리세스(43)는 전체에 걸쳐 균일한 높이를 가질 수 있다. 임의로, 배면 차단 유전체 층이 배면 리세스들에 형성될 수 있다.Each of the plurality of backside recesses 43 may extend substantially parallel to the upper surface of the substrate. The
도 34를 참조하면, 적어도 하나의 금속 재료가 배면 리세스들(43)에, 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)의 측벽들 위에, 그리고 절연 캡 층(70)의 상단 표면 위에 퇴적될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 금속 재료는 적어도 하나의 금속 원소를 포함하는 전기 전도성 재료를 지칭한다.34, at least one metallic material may be deposited on the backside recesses 43, on the sidewalls of at least one of the
금속 재료는, 예를 들어, 화학적 기상 퇴적(CVD), 원자 층 퇴적(ALD), 무전해 도금, 전기 도금, 또는 이들의 조합일 수 있는, 컨포멀 퇴적 방법에 의해 퇴적될 수 있다. 금속 재료는 원소 금속, 적어도 2개의 원소 금속의 금속간 합금, 적어도 하나의 원소 금속의 전도성 질화물, 전도성 금속 산화물, 전도성 도핑된 반도체 재료, 금속 실리사이드와 같은 전도성 금속-반도체 합금, 이들의 합금, 및 이들의 조합들 또는 스택들일 수 있다. 복수의 배면 리세스들(43)에 퇴적될 수 있는 비제한적인 예시적인 금속 재료들은 텅스텐, 텅스텐 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 코발트, 및 루테늄을 포함한다. 일 실시예에서, 금속 재료는 텅스텐과 같은 금속 및/또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 배면 리세스들(43)을 채우기 위한 금속 재료는 티타늄 질화물 층과 텅스텐 충전 재료의 조합일 수 있다. 일 실시예에서, 금속 재료는 화학적 기상 퇴적에 의해 퇴적될 수 있다.The metal material may be deposited by a conformal deposition method, which may be, for example, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), electroless plating, electroplating, or a combination thereof. The metal material may be selected from the group consisting of an elemental metal, an intermetallic alloy of at least two elemental metals, a conductive nitride of at least one elemental metal, a conductive metal oxide, a conductive doped semiconductor material, a conductive metal-semiconductor alloy such as a metal silicide, Combinations or stacks of these. Non-limiting exemplary metallic materials that can be deposited in the plurality of backside recesses 43 include tungsten, tungsten nitride, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, cobalt, and ruthenium. In one embodiment, the metal material may comprise a metal such as tungsten and / or a metal nitride. In one embodiment, the metallic material for filling the plurality of backside recesses 43 may be a combination of a titanium nitride layer and a tungsten fill material. In one embodiment, the metallic material may be deposited by chemical vapor deposition.
복수의 전기 전도성 층들(46)이 복수의 배면 리세스들(43)에 형성될 수 있고, 인접한 금속 재료 층(도시되지 않음)이 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 측벽들 상에 그리고 절연 캡 층(70) 위에 형성될 수 있다. 따라서, 각각의 희생 재료 층(42)이 전기 전도성 층(46)으로 대체될 수 있다. 임의적인 배면 차단 유전체 층 및 인접한 금속 재료 층으로 채워지지 않는 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 부분에 배면 캐비티가 존재한다.A plurality of electrically
인접한 전기 전도성 재료 층의 퇴적된 금속 재료들은, 예를 들어, 등방성 에칭에 의해 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 측벽들로부터 그리고 절연 캡 층(70) 위쪽으로부터 에치백된다. 배면 리세스들(43) 내의 퇴적된 금속 재료의 각각의 남아 있는 부분은 전기 전도성 층(46)을 구성한다. 각각의 전기 전도성 층(46)은 전도성 라인 구조물일 수 있다. 따라서, 희생 재료 층들(42)이 전기 전도성 층들(46)로 대체된다.Deposited metal materials of adjacent electrically conductive material layers are etched away from the sidewalls of each
각각의 전기 전도성 층(46)은 동일한 레벨에 위치된 복수의 제어 게이트 전극들과 동일한 레벨에 위치된 복수의 제어 게이트 전극들을 전기적으로 상호연결시키는 - 즉, 전기적으로 단락시키는 - 워드 라인의 조합으로서 기능할 수 있다. 각각의 전기 전도성 층(46) 내의 복수의 제어 게이트 전극들은 메모리 스택 구조물들(55)을 포함하는 수직 메모리 디바이스들에 대한 제어 게이트 전극들이다. 환언하면, 각각의 전기 전도성 층(46)은 복수의 수직 메모리 디바이스들에 대한 공통 제어 게이트 전극으로서 기능하는 워드 라인일 수 있다.Each electrically
도 35a 및 도 35b를 참조하면, 절연 재료 층이 컨포멀 퇴적 공정에 의해 적어도 하나의 배면 콘택트 트렌치(79)에 그리고 절연 캡 층(70) 위에 형성될 수 있다. 예시적인 컨포멀 퇴적 공정들은 화학적 기상 퇴적 및 원자 층 퇴적을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 절연 재료 층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 유전체 금속 산화물, 유기 실리케이트 유리, 또는 이들의 조합과 같은 절연 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 절연 재료 층은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 절연 재료 층은, 예를 들어, 저압 화학적 기상 퇴적(LPCVD) 또는 원자 층 퇴적(ALD)에 의해 형성될 수 있다. 절연 재료 층의 두께는 1.5 nm 내지 60 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 절연 재료 층의 수평 부분들을 절연 캡 층(70) 위쪽으로부터 그리고 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 하단에서 제거하기 위해 비등방성 에칭이 수행된다. 절연 재료 층의 각각의 남아 있는 부분은 절연 스페이서(74)를 구성한다. 전기 전도성 층들(46)의 형성 이후에 각각의 절연 스페이서(74)가 각자의 배면 콘택트 트렌치(79)의 측벽 상에 그리고 전도성 레일 구조물들(150)의 측벽들 상에 형성된다. 일 실시예에서, 각각의 전도성 레일 구조물(150)의 측벽은 절연 스페이서(74)의 외측 측벽의 하단 부분과 접촉할 수 있다.35A and 35B, a layer of insulating material may be formed on the at least one
배면 콘택트 비아 구조물(76)이 각각의 절연 스페이서(74) 내부의 캐비티 내에 형성될 수 있다. 각각의 배면 콘택트 비아 구조물(76)이 각자의 절연 스페이서(74) 내의 각자의 캐비티를 채울 수 있다. 각각의 배면 콘택트 트렌치(79)의 남아있는 채워지지 않은 체적에 적어도 하나의 전도성 재료를 퇴적시키는 것에 의해 콘택트 비아 구조물들(76)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 전도성 재료는 전도성 라이너(별도로 도시되지 않음) 및 전도성 충전 재료 부분(별도로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 전도성 라이너는 TiN, TaN, WN, TiC, TaC, WC, 이들의 합금, 또는 이들의 스택과 같은 전도성 금속 라이너를 포함할 수 있다. 전도성 라이너의 두께는 3 nm 내지 30 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 전도성 충전 재료 부분은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 충전 재료 부분은 W, Cu, Al, Co, Ru, Ni, 이들의 합금, 또는 이들의 스택을 포함할 수 있다.A back contact via
적어도 하나의 전도성 재료는 교번 스택(32, 46) 위에 있는 절연 캡 층(70)을 정지 층으로서 이용하여 평탄화될 수 있다. 화학 기계적 평탄화(CMP) 공정이 이용되는 경우, 절연 캡 층(70)이 CMP 정지 층으로서 이용될 수 있다. 배면 콘택트 트렌치들(79) 내의 적어도 하나의 전도성 재료의 각각의 남아 있는 연속적인 부분은 배면 콘택트 비아 구조물(76)을 구성한다. 각각의 배면 콘택트 비아 구조물(76)은, 전도성 레일 구조물들(150)에 전기적으로 단락될 수 있는, 소스 콘택트 층(140)의 상단 표면 바로 위에 형성될 수 있다. 각각의 배면 콘택트 비아 구조물(76)은 절연 스페이서(74)로 채워지지 않은 배면 콘택트 트렌치(79)의 일부분 내에 형성된다.At least one conductive material may be planarized using the insulating
도 36을 참조하면, 부가의 콘택트 비아 구조물들(88, 86, 8P)이 제2 절연 캡 층(73)을 관통하여 그리고 임의로 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 관통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 드레인 콘택트 비아 구조물들(88)이 제2 절연 캡 층(73)을 관통하여 각각의 드레인 영역(63) 상에 형성될 수 있다. 워드 라인 콘택트 비아 구조물들(86)이 제2 절연 캡 층(73)을 관통하여 그리고 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 관통하여 전기 전도성 층들(46) 상에 형성될 수 있다. 주변 디바이스 콘택트 비아 구조물들(8P)이 역단차가 있는 유전체 재료 부분(65)을 관통하여 주변 디바이스들의 각자의 노드들 바로 위에 형성될 수 있다.36, additional contact via
본 개시내용의 일 양태에 따르면, 기판(8) 위에 위치된 전기 전도성 층들(46) 및 절연 층들(32)의 교번 스택(32, 46), 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이, 교번 스택(32, 46)을 관통하여 연장되고 메모리 막(50) 및 메모리 막(50)에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널(60)을 포함하는 각각의 메모리 스택 구조물(55), 및 교번 스택(42, 46)과 기판(8) 사이에 위치된 지지 페데스탈 구조물들(156)과 같은, 지지 구조물들을 포함하는, 3차원 메모리 디바이스가 제공된다. 이 디바이스는 또한, 교번 스택(42, 46) 아래에 있고 기판(8) 위에 있으며 지지 구조물들(156)과 접촉하는, 소스 전도성 층(140)을 포함할 수 있다.According to one aspect of the present disclosure, alternating
일 실시예에서, 3차원 메모리 디바이스는 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방으로 연장되고, 소스 전도성 층(140)의 상단 표면과 접촉하며, 반도체 채널들(60)의 측벽들과 접촉하는 전도성 레일 구조물들(150)을 포함한다. 일 실시예에서, 전도성 레일 구조물들(150) 각각은 각자의 오목 수직 측벽들과 인접한 각자의 평면 수직 측벽들을 포함하는 딤플형 측벽들을 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 반도체 채널(60)은 각자의 전도성 레일 구조물(150)의 측벽과 접촉하고, 각각의 메모리 막(50)은 각자의 지지 페데스탈 구조물(156)의 측벽과 접촉한다.In one embodiment, the three-dimensional memory device extends laterally along the first horizontal direction hd1 and contacts the upper surface of the source
일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156)의 상단 표면들은 전도성 레일 구조물들(150)의 상단 표면들과 동일한 수평 평면 내에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156)은 제1 전도성 유형의 도핑을 갖는 제1 반도체 재료를 포함할 수 있고, 전도성 레일 구조물들(150)은 제1 전도성 유형과 반대인 제2 전도성 유형의 도핑을 갖는 제2 반도체 재료를 포함한다.In one embodiment, the top surfaces of the
일 실시예에서, 3차원 메모리 디바이스는 소스 전도성 층(140)의 상단 표면과 접촉하는 배면 콘택트 비아 구조물(76)을 포함한다. 절연 스페이서(74)는 배면 콘택트 비아 구조물(76)을 측방으로 둘러쌀 수 있고, 소스 전도성 층(140)의 상단 표면과 접촉할 수 있다. 전도성 레일 구조물들(150)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방으로 연장될 수 있고, 소스 전도성 층(140)의 상단 표면과 접촉할 수 있으며, 반도체 채널들(60)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 전도성 레일 구조물들(150)은 절연 스페이서(74)에 의해 배면 콘택트 비아 구조물(76)로부터 측방으로 이격될 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional memory device includes a back contact via
일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156) 각각은 각자의 오목 수직 측벽들과 인접한 각자의 평면 수직 측벽들을 포함하는 딤플형 측벽들을 포함한다. 일 실시예에서, 지지 페데스탈 구조물들(156)의 오목 수직 측벽들 각각은 각자의 메모리 막(50)의 외측 측벽과 접촉한다.In one embodiment, each of the
일 실시예에서, 3차원 메모리 디바이스는 기판(8) 위에 위치된 수직 NAND 디바이스를 포함한다. 전기 전도성 층들(46)은 NAND 디바이스의 각자의 워드 라인을 포함할 수 있거나, 그에 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(8)은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 수직 NAND 디바이스는 실리콘 기판 위에 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함할 수 있다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제1 디바이스 레벨에 있는 적어도 하나의 메모리 셀은 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제2 디바이스 레벨에 있는 다른 메모리 셀 위에 위치된다. 실리콘 기판은 그 위에 위치된 메모리 디바이스에 대한 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 포함할 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional memory device includes a vertical NAND device located above the
모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 복수의 반도체 채널들(60)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 채널들(60)의 각각의 반도체 채널의 적어도 하나의 단부 부분은 기판(8)의 상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장된다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 (전기 전도성 층들(46)의 각각의 레벨에 위치된 전하 저장 요소 층(54)의 부분들로서 구현되는 바와 같은) 복수의 전하 저장 요소들을 포함할 수 있다. 각각의 전하 저장 요소는 복수의 반도체 채널들(60)의 각자의 반도체 채널에 인접하여 위치된다. 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는 기판의 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립 형상을 갖는 복수의 제어 게이트 전극들을 포함할 수 있고, 복수의 제어 게이트 전극들은 적어도 제1 디바이스 레벨에 위치된 제1 제어 게이트 전극 및 제2 디바이스 레벨에 위치된 제2 제어 게이트 전극을 포함한다.The array of monolithic three-dimensional NAND strings may include a plurality of
전도성 레일 구조물들(150) 각각은 전도성 레일 구조물(150)과 접촉하는 반도체 채널들(60)을 포함하는 복수의 전계 효과 트랜지스터들에 대한 공통 소스 영역으로서 기능할 수 있다. 지지 구조물들(156)은 희생 재료 부분들(151)을 전도성 레일 구조물들(150)로 대체하는 동안 구조적 지지를 제공한다. 임의로, (최하단 전기 전도성 층(46)과 같은) 전기 전도성 층들(46)의 서브세트는 수직 3차원 메모리 디바이스의 동작 동안 소스 선택 게이트 전극으로서 이용될 수 있다. 희생 재료 부분들(150)의 높이를 증가시키고, 그로써 전도성 레일 구조물들(150)의 높이를 증가시키는 것에 의해, 메모리 개구부들의 크기를 증가시키지 않으면서 각각의 반도체 채널(60)과 (전도성 레일 구조물(150)로서 구현되는 바와 같은) 소스 영역 사이의 콘택트 구역(contact area)이 증가될 수 있다.Each of the
전도성 레일 구조물(150)과 반도체 채널(60) 사이의 각각의 콘택트 구역은 만곡된 수직 표면을 포함할 수 있다. 반도체 채널(60)을 포함하는 메모리 스택 구조물(55)의 기하학적 중심을 통과하는 수직축으로부터의 만곡된 수직 표면의 각확산(angular spread)(즉, 방위각의 범위)은, 90도 내지 270도와 같은, 45도 내지 315도의 범위에 있을 수 있다. 메모리 개구부들의 크기를 증가시키지 않으면서 소스 영역과 반도체 채널 사이에 증가된 콘택트 구역을 제공하는 것에 의해, 본 개시내용의 구조물들은 3차원 메모리 디바이스의 수직 전계 효과 트랜지스터들에 대한 보다 큰 온-전류(on-current)를 제공할 수 있다. 대안적으로, 동작 레벨에서 수직 전계 효과 트랜지스터들에 대한 온-전류를 유지하면서 메모리 개구부들 및 메모리 스택 구조물들의 측방 치수를 감소시키기 위해 본 개시내용의 구조물들이 이용될 수 있다.Each contact area between the
도 37을 참조하면, 아래에서 위로, 기판(8), 임의적인 절연체 층(120), 임의적인 블랭킷 전도체 층(136), 및 매트릭스 재료 층(138)의 스택을 포함하는, 본 개시내용의 제3 실시예에 따른 제3 예시적인 구조물이 예시되어 있다. 기판(8)은 제2 실시예의 기판(8)과 동일할 수 있다. 임의적인 절연체 층(120)은, 존재하는 경우, 제2 실시예의 절연 층(120)과 동일할 수 있다.Referring to FIG. 37, a top view of a portion of the present disclosure, including a stack of a
임의적인 블랭킷 전도체 층(136)은 금속, 금속 합금, 전도성 금속 질화물, (실리사이드와 같은) 금속-반도체 합금, 또는 1.0 x 105 S/cm 초과의 전도율을 갖는 고농도로 도핑된 반도체 재료를 포함할 수 있다. 임의적인 블랭킷 전도성 층(136)은 전체에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 블랭킷 층, 즉 패터닝되지 않은 층일 수 있다. 일 실시예에서, 임의적인 블랭킷 전도체 층(136)은 (텅스텐 실리사이드와 같은) 금속-반도체 합금 또는 (텅스텐과 같은) 금속을 포함할 수 있다. 임의적인 블랭킷 전도성 층(136)의 두께는 3 nm 내지 100 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.The optional
매트릭스 재료 층(138)은 도핑된 반도체 재료와 같은 전도성 재료, 또는 (금속, 금속 합금, 전도성 금속 질화물, 또는 금속-반도체 합금과 같은) 금속 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 매트릭스 재료 층(138)은 1.0 x 105 S/cm 초과의 전도율을 갖는, 폴리실리콘 층과 같은, 고농도로 도핑된 반도체 재료 층을 포함한다. 매트릭스 재료 층(138)의 두께는 50 nm 내지 500 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 매트릭스 재료 층(138)을 퇴적시키기 위해 컨포멀 또는 비-컨포멀 퇴적 공정이 이용될 수 있다. 매트릭스 재료 층(138)의 전도성 유형은 p-형 또는 n-형일 수 있다.The
도 38을 참조하면, 예를 들어, 매트릭스 재료 층(138) 위에 포토레지스트 층을 도포하는 것, 균일한 폭들을 갖는 공간들을 갖는 라인 패턴들을 형성하도록 포토레지스트 층을 리소그래피 방식으로 패터닝하는 것, 및 비등방성 에칭에 의해 포토레지스트 층에서의 패턴을 매트릭스 재료 층(138)의 상부 부분 내로 전사시키는 것에 의해, 매트릭스 재료 층(138)의 상부 부분에 복수의 채널들(즉, 트렌치 형상의 리세스들과 같은, 리세스들)(141)이 형성된다. 복수의 채널들(141)은 균일한 폭 및 균일한 간격을 가짐으로써, 1차원 주기적 패턴을 형성할 수 있다. 각각의 채널(141)은, 본원에서 제1 수평 방향이라고 지칭되는, 동일한 수평 방향을 따라 연장될 수 있다. 각각의 채널(141)은 제1 수평 방향에 수직인 방향을 따라 실질적으로 동일한 수직 단면 형상을 가질 수 있다. 각각의 채널(141)의 깊이는 30 nm 내지 300 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 깊이들 및 보다 큰 깊이들이 또한 이용될 수 있다. 각각의 채널(141)의 폭은 60 nm 내지 240 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 폭들 및 보다 큰 폭들이 또한 이용될 수 있다. 제1 수평 방향에 수직인 수평 방향을 따른 채널들(141)의 피치는 120 nm 내지 480 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 피치들 및 보다 큰 피치들이 또한 이용될 수 있다.Referring to Figure 38, for example, a photoresist layer may be applied over the layer of
도 39, 도 40a, 및 도 40b를 참조하면, 희생 라이너들(154)이 채널들(141)의 측벽들 상에 임의로 형성될 수 있다. 도 40a는 제1 예시적인 구성에서의 도 39의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 도 40b는 제2 예시적인 구성에서의 도 39의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 희생 라이너들(154)은 실리콘 산화물과 같은 유전체 재료를 포함할 수 있고, 1 nm 내지 10 nm의 범위에 있는 두께를 가질 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 희생 레일 구조물들(144)을 형성하기 위해, 희생 라이너들(154)로 채워지지 않는 채널들(141)의 남아 있는 체적들이 실리콘 질화물과 같은 희생 재료로 채워질 수 있다.Referring to Figures 39, 40A, and 40B,
예시적인 예로서, (실리콘 산화물 층과 같은) 유전체 재료 층이 채널들(141)의 측벽들 및 하단 표면들 바로 위에 그리고 매트릭스 재료 층(138) 위에 컨포멀하게 퇴적될 수 있다. (실리콘 질화물 층과 같은) 희생 재료 층이 채널들(141)의 남아 있는 체적들에 퇴적될 수 있다. 희생 재료 층 및 유전체 재료 층의 부분들을 매트릭스 재료 층(138)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽으로부터 제거하기 위해 (화학 기계적 평탄화(CMP) 및/또는 리세스 에칭과 같은) 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 유전체 재료 층의 각각의 남아 있는 부분은 희생 라이너들(154)을 포함하고, 희생 재료 층의 각각의 남아 있는 부분은 희생 레일 구조물들(144)을 포함한다. 각각의 희생 레일 구조물(144)은 제1 수평 방향을 따라 수평으로 연장되고, 제1 수평 방향에 수직인 수평 방향을 따라 균일한 폭 및 균일한 피치를 갖는 주기적 어레이로서 형성될 수 있다. 제3 실시예에서 사용되는 바와 같이, 제1 수평 방향은 희생 레일 구조물들의 연장 방향이다. 이 실시예에서의 제1 수평 방향은, 도 40a 및 도 40b에, 각각, 도시된 바와 같이, 비트 라인 방향과 10도 내지 80도만큼 상이할 수 있거나(즉, "XY" 방향으로 연장됨), 비트 라인 방향에 평행할 수 있다(즉, "Y" 방향으로 연장됨). 각각의 희생 레일 구조물(144)은 제1 수평 방향을 따른 평행 이동 하에서 불변인 실질적으로 직사각형인 수평 단면 형상을 가질 수 있다.As an illustrative example, a layer of dielectric material (such as a silicon oxide layer) may be conformally deposited just above the sidewalls and bottom surfaces of the
도 41을 참조하면, 임의적인 유전체 에칭 정지 층(145) 및 임의적인 소스 연결 층(146)이 매트릭스 재료 층(138) 및 복수의 희생 레일 구조물들(144) 위에 형성될 수 있다. 임의적인 유전체 에칭 정지 층(145)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 (알루미늄 산화물과 같은) 유전체 금속 산화물과 같은 유전체 재료를 포함하고, 컨포멀 또는 비-컨포멀 퇴적 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 유전체 에칭 정지 층(145)의 두께는 1 nm 내지 10 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.Referring to Figure 41, an optional dielectric
임의적인 소스 연결 층(146)은, 매트릭스 재료 층(138)과 동일한 전도성 유형의 도핑을 갖는 고농도로 도핑된 반도체 재료일 수 있거나, 원소 금속, (금속 실리사이드와 같은) 금속간 합금, 또는 (WN, TiN, 또는 TaN과 같은) 전도성 금속 질화물과 같은 금속 재료일 수 있는, 전도성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 소스 연결 층(146)은 고농도로 도핑된 실리콘과 같은, 105 S/cm 초과의 전도율을 갖는, 폴리실리콘과 같은 도핑된 반도체 재료를 포함할 수 있다. 소스 연결 층(146)의 두께는 50 nm 내지 500 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 차후에 형성될 소스 전도성 층에 전기적으로 단락되고, 소스 연결 층(146)과 차후에 형성될 콘택트 비아 구조물 사이의 전기적 접촉을 가능하게 하기 위해, 콘택트 영역(300)까지 연장되는 전도성 구조물을 제공하기 위해 소스 연결 층(146)이 이용될 수 있다. 전도성 재료를 포함하는 소스 연결 층(146)이 복수의 희생 레일 구조물들(144) 및 매트릭스 재료 층(138) 위에 형성된다.The optional
도 42, 도 43a, 및 도 43b를 참조하면, 메모리 리세스들(149)은 임의적인 소스 연결 층(146), 임의적인 유전체 에칭 정지 층(145), 및 희생 레일 구조물들(144)을 관통하여 그리고 매트릭스 재료 층(138)을 부분적으로 관통하여 형성된다. 도 43a는 제1 예시적인 구성에서의 도 42의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 도 43b는 제2 예시적인 구성에서의 도 42의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 예를 들어, 임의적인 소스 연결 층(146) 위에 포토레지스트 층을 도포하는 것, 포토레지스트 층에 개구부들의 주기적 어레이들을 리소그래피 방식으로 패터닝하는 것, 및 비등방성 에칭 공정에 의해 포토레지스트 층에서의 패턴을 임의적인 소스 연결 층(146), 임의적인 유전체 에칭 정지 층(145), 및 희생 레일 구조물들(144)을 관통하여 그리고 매트릭스 재료 층(138)을 부분적으로 관통하여 전사시키는 것에 의해 메모리 리세스들(149)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다.Referring to Figures 42, 43A, and 43B, memory recesses 149 may be formed through optional
각각의 메모리 리세스(149)는 수직 평행 이동 하에서 불변인 실질적으로 균일한 수평 단면 형상을 갖는 캐비티일 수 있다. 실질적으로 균일한 수평 단면 형상은 원형, 타원형, 대체로 계란 형상, 다각형일 수 있거나, 닫힌 곡선 주변부(closed curvilinear periphery)를 갖는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 메모리 리세스들(149)은 클러스터들로 형성될 수 있다. 메모리 리세스들(149)의 각각의 클러스터는 육각형 어레이와 같은 2차원 주기적 어레이로서 배열될 수 있다. 이웃하는 메모리 리세스들(149)의 어레이들은, 제1 수평 방향과 상이한 방향을 따라 측방으로 연장될 수 있는, 갭(179)만큼 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 갭(179)은 비트 라인 방향에 수직인(즉, "Y" 방향에 수직인) 워드 라인 방향으로(즉, "X" 방향으로) 연장될 수 있다. 제1 구성에서, 이웃하는 메모리 리세스들(149)의 어레이들 사이의 갭(179)이 수평으로 연장되는 방향은 제1 수평 방향에 대해 (10도 내지 80도, 예를 들어, 도 43a에 예시된 바와 같이 60도와 같은) 영이 아닌 비-직교 각도로 있을 수 있다. 제2 구성에서, 이웃하는 메모리 리세스들(149)의 어레이들 사이의 갭(179)이 수평으로 연장되는 방향은 비트 라인 방향에 평행하고 제1 수평 방향에 수직, 즉 희생 레일 구조물들(144)의 길이 방향에 수직일 수 있다.Each
메모리 리세스들 각각이 각자의 희생 레일 구조물(144)과 매트릭스 재료 층(138) 사이의 계면을 스트래들하도록, 메모리 리세스들(149)의 각각의 어레이의 배향이 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 희생 레일 구조물(144)의 오목 측벽, 매트릭스 재료 층(138)의 오목 측벽, 및 매트릭스 재료 층(138)의 리세싱된 평면 표면이 각각의 메모리 리세스(149) 주위에서 물리적으로 노출될 수 있다. 희생 레일 구조물(144)의 오목 측벽이 물리적으로 노출되는 각자의 메모리 리세스(149)의 기하학적 중심을 통과하는 수직축에 대해, 수직 에지로부터 다른 수직 에지까지 측정되는 바와 같은, 희생 레일 구조물(144)의 각각의 물리적으로 노출된 오목 측벽의 방위각들의 범위는 약 45도 내지 약 270도의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 방위각들 및 보다 큰 방위각들이 또한 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 희생 레일 구조물들(144)의 길이 방향이 가장 가까운 이웃하는 메모리 리세스들(149)이 정렬되는 방향 또는 두 번째로 가장 가까운 이웃하는 메모리 리세스들(149)이 정렬되는 방향에 평행하도록, 메모리 리세스들(149)의 각각의 어레이가 배향될 수 있다. 따라서, 제1 수평 방향을 따라 배열된 메모리 리세스들(149)의 행은 각자의 희생 레일 구조물(144)과 매트릭스 재료 층(138) 사이의 계면을 스트래들할 수 있다.The orientation of each array of memory recesses 149 may be selected such that each of the memory recesses straddles the interface between the
각각의 메모리 리세스(149)의 수평 평면 내에서의 위치, 크기, 형상, 및 배향은 후속 공정에서 적어도 하나의 교번 스택을 관통하여 차후에 형성될 대응하는 메모리 개구부의 수평 평면 내에서의 위치, 크기, 형상, 및 배향과 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 후속 처리 단계들에서 각자의 교번 스택을 관통하여 메모리 개구부들을 형성하기 위한 것과 동일한 리소그래피 마스크가 이 처리 단계에서 메모리 리세스들(149)을 형성하는 데 사용될 수 있다.The position, size, shape, and orientation of each
도 44를 참조하면, 격리 유전체 층(148)이 HDP CVD(high density plasma chemical vapor deposition) 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)와 같은 비-컨포멀 퇴적 공정에 의해 형성될 수 있다. 격리 유전체 층(148)의 유전체 재료는 수직 표면들에보다 수평 표면들에 더 큰 두께로 퇴적되고, 각각의 메모리 리세스(149)는 메모리 리세스들(149)의 상부 주변부로부터 성장하는 퇴적된 유전체 재료의 부분들에 의해 실링된다. 격리 유전체 층(148)의 유전체 재료에 의해 실링되는 메모리 캐비티(147)는 각각의 메모리 리세스(149) 내에 형성될 수 있다. 격리 유전체 층(148)은 그를 관통하는 어떠한 개구부도 없이 소스 연결 층(146) 위에 연속적으로 연장된다. 대안적으로, 메모리 리세스들(149)이 적어도 하나의 절연 재료로 컨포멀하게 채워질 수 있다. 또한 대안적으로, 메모리 리세스들(149)이 반도체 재료 또는 전도성 재료일 수 있는 임의의 희생 재료로, 컨포멀하게 또는 비-컨포멀하게, 채워질 수 있다. 일 실시예에서, 메모리 리세스들(149)을 채우는 재료는 매트릭스 재료 층(138)의 재료에 대해 에칭 정지 재료로서 기능하는 재료일 수 있다.44,
도 45를 참조하면, 메모리 캐비티들(147) 위에 있는 딤플들을 제거하기 위해, 격리 유전체 층(148)이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화(CMP)에 의해 평탄화될 수 있다. 격리 유전체 층(148)의 상단 표면은 평탄화 공정 이후에 평면일 수 있다 - 즉, 수평 평면 내에 있음 -. 소스 연결 층(146) 위쪽에 있는 격리 유전체 층(148)의 두께는 60 nm 내지 300 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다.45, the
도 46을 참조하면, 제1 절연 층들(32) 및 제1 스페이서 재료 층들(42)의 제1 교번 스택이 격리 유전체 층(148) 위에 형성될 수 있다. 제1 교번 스택(32, 42)은 제1 및 제2 실시예들의 교번 스택들(32, 42)과 동일할 수 있다. 제1 교번 스택(32, 42)이 차후에 형성될 제어 게이트 전극들의 모든 레벨들을 포함하는 경우, 절연 캡 층(70)을 형성하기 위해 도 6의 처리 단계들이 수행될 수 있다. 임의의 부가의 교번 스택들이 차후에 형성되어야 하는 경우, 절연 캡 층(70)의 형성이 지연될 수 있다.Referring to Figure 46, a first alternating stack of first insulating
도 47을 참조하면, 제1 메모리 개구부들(49)이 제1 교번 스택(32, 42) 및 격리 유전체 층(148), 그리고 아래에 있는 메모리 리세스들(149)의 체적들을 관통하여 형성될 수 있다. 도 48a는 희생 레일 구조물들(144)에 대한 제1 예시적인 구성에서의 도 47의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 도 48b는 희생 레일 구조물들(144)에 대한 제2 예시적인 구성에서의 도 47의 제3 예시적인 구조물의 평면도이다. 일 실시예에서, 제1 메모리 개구부들(49)의 패턴은 메모리 리세스들(149)의 패턴과 동일할 수 있다. 환언하면, 수평 단면도에서의 제1 메모리 개구부들(49)의 주변부들은 리소그래피 정렬에 내재적인 오버레이 변동들 및 임계 치수(critical dimension, CD) 변동들의 허용오차들 내에서 메모리 리세스들(149)의 주변부들과 오버랩할 수 있다.47,
제1 교번 스택(32, 42)의 레벨들에 위치된 제1 메모리 개구부들(49)의 부분들을 형성하기 위해, 제1 또는 제2 실시예들의 메모리 개구부들(49)을 형성하기 위한 비등방성 에칭 공정과 동일한 비등방성 에칭 공정이 이용될 수 있다. 메모리 캐비티들(147)에 연결하도록 격리 유전체 층(148)의 유전체 재료를 관통하여 에칭하기 위해 에칭 화학제의 변경에 의해 또는 에칭 화학제의 변경 없이 비등방성 에칭이 차후에 확장될 수 있다. 격리 유전체 층(148)의 유전체 재료가 메모리 리세스들(149)의 리세싱된 표면들 및 측벽들로부터 제거될 때까지 비등방성 에칭이 계속될 수 있다. 대안적으로, 메모리 리세스들의 리세싱된 표면들 및 측벽들로부터 격리 유전체 층의 유전체 재료를 제거하기 위해 (습식 에칭과 같은) 등방성 에칭이 이용될 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어, 애싱에 의해 차후에 제거될 수 있다. 임의로, 각자의 제1 메모리 개구부(49)의 아래에 있는 부분들보다 더 넓은 측방 치수를 갖는 접합 영역(joint region)이 본 기술분야에 공지된 방법들을 이용하여 최상단 절연 층(32)의 상부 부분에 형성될 수 있다.To form the portions of the
도 49를 참조하면, 소스 연결 층(146)의 표면 부분들(소스 연결 층(146)이 도핑된 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하는 경우에) 및 매트릭스 재료 층(138)의 표면 부분들(매트릭스 재료 층(138)이 도핑된 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하는 경우에)의 산화에 의해 각각의 제1 메모리 개구부(49)의 하단 부분들에, 실리콘 산화물 라이너들과 같은, 반도체 산화물 라이너들(31)이 형성될 수 있다.49, the surface portions of the source connection layer 146 (where the
제1 메모리 개구부 충전 재료가 저압 화학적 기상 퇴적과 같은 컨포멀 퇴적 공정에 의해 제1 메모리 개구부들(49) 내로 퇴적된다. 제1 메모리 개구부 충전 재료는 제1 교번 스택(32, 42)의 재료들 및 반도체 산화물 라이너들(31)에 대해 선택적으로 제거될 수 있는 재료를 포함한다. 예를 들어, 제1 메모리 개구부 충전 재료는 (폴리실리콘 또는 비정질 실리콘과 같은) 반도체 재료, (비정질 탄소 또는 다이아몬드 유사 탄소와 같은) 탄소 함유 재료, (실리콘계 폴리머와 같은) 유기 폴리머 또는 무기 폴리머, 또는 다공성 또는 비-다공성 유기 실리케이트 유리를 포함할 수 있다. 제1 메모리 개구부 충전 재료들의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화에 의해 제1 교번 스택(32, 42)의 최상단 표면 위쪽으로부터 제거된다. 제1 메모리 개구부들(49) 내의 제1 메모리 개구부 충전 재료의 각각의 남아 있는 부분은 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)을 구성한다. 일 실시예에서, 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)은 반도체 재료를 포함한다. 단차가 있는 표면들(도시되지 않음)이 콘택트 영역(300)에 있는 제1 교번 스택(32, 42)을 관통하여 형성될 수 있다. (제1 및 제2 실시예들의 역단차가 있는 유전체 재료 부분들(65)과 동일할 수 있는) 제1 역단차가 있는 유전체 재료 부분이 제1 교번 스택(32, 42)의 단차가 있는 표면들 위에 형성될 수 있다. 제1 교번 스택(32, 42) 및 그에 매립된 구조물들은 제1 티어 구조물이라고 일괄하여 지칭된다.The first memory opening fill material is deposited into the
도 50을 참조하면, 적어도 다른 교번 스택(132, 142, 232, 242) 및 적어도 하나의 부가의 세트의 메모리 개구부 충전 부분들(133, 233)을 형성하기 위해 도 46, 도 47, 및 도 49의 처리 단계들이 적어도 한 번 임의로 반복될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 다른 교번 스택(132, 142, 232, 242)은 제2 절연 층들(132) 및 제2 스페이서 재료 층들(142)을 포함하는 제2 교번 스택(132, 142), 그리고 제3 교번 층들(232) 및 제3 스페이서 재료 층들(242)을 포함하는 제3 교번 스택(232, 242)을 포함할 수 있다. 제2 절연 층들(132) 및 제3 절연 층들(232)은 조성 및 두께가 제1 절연 층들(32)과 동일할 수 있다. 제2 스페이서 층들(142) 및 제3 스페이서 층들(242)은 조성 및 두께가 제1 스페이서 층들(42)과 동일할 수 있다.Referring to FIG. 50, a plurality of alternating
제2 교번 스택(132, 142)의 형성 이후에, 제2 메모리 개구부들이 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33) 위에 있는 구역들에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 메모리 개구부들의 패턴은 (제1 메모리 개구부들(49)의 패턴과 동일한) 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)의 패턴과 동일할 수 있다. 환언하면, 수평 단면도에서의 제2 메모리 개구부들의 주변부들은 리소그래피 정렬에 내재적인 오버레이 변동들 및 임계 치수(CD) 변동들의 허용오차들 내에서 제1 메모리 개구부들(49)의 주변부들과 오버랩할 수 있다. 제2 메모리 개구부 충전 부분들(133)은 제2 메모리 개구부들에 형성된다. 제2 메모리 개구부 충전 부분들(133)은 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)에 대해 이용될 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있고, 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)과 동일한 재료 또는 그와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 단차가 있는 표면들(도시되지 않음)이 콘택트 영역(300)에 있는 제2 교번 스택(132, 142)을 관통하여 형성될 수 있다. 제2 역단차가 있는 유전체 재료 부분(도시되지 않음)이 제2 교번 스택(132, 142)의 단차가 있는 표면들 위에 형성될 수 있다. 제2 교번 스택(132, 142) 및 그에 매립된 구조물들은 제2 티어 구조물이라고 일괄하여 지칭된다.After formation of the second
제3 교번 스택(232, 242)이 차후에 형성될 수 있다. 제3 교번 스택(232, 242)이 최상단 교번 스택인 경우, 절연 캡 층(70)이 제3 교번 스택(232, 242)의 상단에 형성될 수 있다. 단차가 있는 표면들(도시되지 않음)이 콘택트 영역(300)에 있는 제3 교번 스택(232, 242)을 관통하여 형성될 수 있다. 제3 역단차가 있는 유전체 재료 부분(도시되지 않음)이 제3 교번 스택(232, 242)의 단차가 있는 표면들 위에 형성될 수 있다. 제3 교번 스택(232, 242) 및 그에 매립된 구조물들은 제3 티어 구조물이라고 일괄하여 지칭된다. 제3 메모리 개구부들(249)이 제2 메모리 개구부 충전 부분들(133) 위에 있는 구역들에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 메모리 개구부들(249)의 패턴은 (제1 메모리 개구부들(49)의 패턴과 동일한) 제2 메모리 개구부 충전 부분들(133)의 패턴과 동일할 수 있다. 환언하면, 수평 단면도에서의 제3 메모리 개구부들(249)의 주변부들은 리소그래피 정렬에 내재적인 오버레이 변동들 및 임계 치수(CD) 변동들의 허용오차들 내에서 제2 메모리 개구부들의 주변부들과 오버랩할 수 있다.Third
본 개시내용이 3개의 교번 스택이 기판(8) 위에 형성되는 일 실시예를 이용하여 기술되지만, 도 46, 도 47, 및 도 49의 공정 시퀀스를 반복하거나 반복하지 않는 것에 의해 보다 많은 또는 보다 적은 수의 교번 스택들이 또한 이용될 수 있다.Although the present disclosure is described using one embodiment in which three alternate stacks are formed on the
도 51을 참조하면, 제2 메모리 개구부 충전 부분들(133) 및 제1 메모리 개구부 충전 부분들(33)이 교번 스택들(32, 42, 132, 142, 232, 242)의 재료들, 절연 캡 층(70), 및 반도체 산화물 라이너들(31)에 대해 선택적인 적어도 하나의 에칭 공정에 의해 제거될 수 있다. 차후에, 반도체 산화물 라이너들(31)이, 예를 들어, 등방성 에칭 공정에 의해 제거될 수 있다. 티어간 메모리 개구부들(349)이 제3, 제2, 및 제1 티어 구조물들을 관통하여 그리고 소스 연결 층(146) 및 희생 레일 구조물들(144)을 관통하여 그리고 매트릭스 재료 층(138)을 부분적으로 관통하여 형성될 수 있다. 각각의 티어간 메모리 개구부(349)는 다수의 티어 구조물들을 관통하여 연장되는 메모리 개구부이다. 단일 교번 스택, 즉 제1 교번 스택(32, 42)만이 이용되는 경우에, 티어간 메모리 개구부들(349) 대신에, 단일 교번 스택을 관통하여 연장되는 메모리 개구부들이 형성될 수 있다. 티어간 메모리 개구부들(349) 각각은 각자의 희생 레일 구조물(344)과 매트릭스 재료 층(138) 사이의 계면을 스트래들할 수 있다.51, second memory opening
일 실시예에서, 희생 레일 구조물(144)의 오목 측벽, 매트릭스 재료 층(138)의 오목 측벽, 및 매트릭스 재료 층(138)의 리세싱된 평면 표면은 절연 캡 층(70)의 상단 표면과 매트릭스 재료 층(138) 사이에 연장되는 (각각의 티어간 개구부(349)와 같은) 각각의 메모리 개구부의 하단 부분에서 물리적으로 노출될 수 있다. 희생 레일 구조물(144)의 오목 측벽이 물리적으로 노출되는 (각자의 티어간 메모리 개구부(349)와 같은) 각자의 메모리 개구부의 기하학적 중심을 통과하는 수직축에 대해, 수직 에지로부터 다른 수직 에지까지 측정되는 바와 같은, 희생 레일 구조물(144)의 각각의 물리적으로 노출된 오목 측벽의 방위각들의 범위는 약 45도 내지 약 270도의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 방위각들 및 보다 큰 방위각들이 또한 이용될 수 있다.The recessed sidewalls of the
도 52를 참조하면, 메모리 스택 구조물(55), 유전체 코어(62), 및 드레인 영역(63)을 티어간 메모리 개구부들(349) 각각 내에 형성하기 위해 도 8b 내지 도 8d의 처리 단계들이 수행될 수 있다. 각각의 메모리 스택 구조물(55)은 메모리 막(50) 및 반도체 채널(60)을 포함한다. 각각의 메모리 막(50)은 제1 실시예에서와 동일한 층 스택을 가질 수 있거나, 제2 실시예에서와 동일한 층 스택을 가질 수 있다. 각각의 메모리 스택 구조물(55)은 교번 스택들(32, 42, 132, 142, 232, 242) 및 희생 레일 구조물들(144)의 부분들을 관통하여 형성된다.Referring to Figure 52, the processing steps of Figures 8B-8D are performed to form a
임의로, (도 74에는 도시되어 있지만 도 52에는 도시되지 않은 요소들(87)과 유사한) 드레인측 선택 게이트 전극들 및/또는 부가의 유전체 재료 층들(도시되지 않음)과 같은 부가의 구조물들이 절연 캡 층(70) 위에 형성될 수 있다. 대안적으로, 이하에서 보다 상세히 기술될 것인 바와 같이, 상부 희생 재료 층들(42) 중 하나 이상이 드레인측 선택 게이트 전극으로서 기능하는 전기 전도성 층(46)으로 대체될 수 있다. 임의로, 유전체 재료를 포함하는 콘택트 레벨 유전체 층(80)이 절연 캡 층(70) 위에 형성될 수 있다.Optionally, additional structures, such as drain side selection gate electrodes and / or additional dielectric material layers (not shown) (similar to
도 53, 도 54a, 및 도 54b를 참조하면, 배면 트렌치(79)가 콘택트 레벨 유전체 층(80), 절연 캡 층(70), 티어 구조물들, 및 격리 유전체 층(148)을 관통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 콘택트 레벨 유전체 층(80) 위에 형성될 수 있고, 가늘고 긴 개구부들을 형성하도록 리소그래피 방식으로 패터닝될 수 있으며, 콘택트 레벨 유전체 층(80), 절연 캡 층(70), 티어 구조물들, 및 격리 유전체 층(148)을 관통하여 개구부들을 형성하기 위해 비등방성 에칭이 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 비등방성 에칭 동안 소스 연장 층(146)이 에칭 정지 층으로서 이용될 수 있다. 배면 트렌치(79)는 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이들 사이의 갭들의 방향을 따라 측방으로 연장된다. 배면 트렌치(79)의 길이 수평 방향(lengthwise horizontal direction)이 본원에서 제2 수평 방향(예컨대, 워드 라인 방향)이라고 지칭된다. (희생 레일 구조물들(144)의 길이 방향인) 제1 수평 방향과 제2 수평 방향 사이의 각도는 도 54a에 예시된 바와 같이 영이 아니고 비직교일 수 있거나, 도 54b에 예시된 바와 같이 직교일 수 있다. 환언하면, 이 실시예에서의 제1 수평 방향은, 도 54a에 예시된 바와 같이, 비트 라인 방향(즉, "XY" 방향을 포함함)과 10도 내지 80도만큼 상이할 수 있거나, 도 54b에 도시된 바와 같이, 워드 라인 방향(즉, "X" 방향에 수직인 "Y" 방향을 포함할 수 있음)에 수직일 수 있다.Referring to Figures 53, 54A and 54B, a
도 55a 및 도 55b를 참조하면, 반도체 스페이서(172) 및 유전체 스페이서(174)가 각각의 배면 트렌치(79)의 주변부에 순차적으로 형성될 수 있다. 반도체 스페이서(172)는 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하고, 도핑된 반도체 재료 층을 배면 트렌치(79)에 그리고 콘택트 레벨 유전체 층(80) 위에 퇴적시키는 것, 그리고 이어서 도핑된 반도체 재료 층의 수평 부분들을 도 55b에 도시된 바와 같이 제거하기 위해 도핑된 반도체 재료 층을 비등방성 에칭에 의해 비등방성으로 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 반도체 스페이서(172)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 유전체 스페이서(174)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 유전체 재료를 포함하고, 컨포멀 유전체 재료 층을 반도체 스페이서(172) 위에 퇴적시키는 것, 그리고 이어서 컨포멀 유전체 재료 층의 수평 부분들을 도 55b에 도시된 바와 같이 제거하기 위해 컨포멀 유전체 재료 층을 비등방성 에칭에 의해 비등방성으로 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 스페이서(174)의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위에 있을 수 있지만, 보다 작은 두께들 및 보다 큰 두께들이 또한 이용될 수 있다. 대안적으로, 도핑된 반도체 재료 층 및 컨포멀 유전체 재료 층의 스택이 도 55a에 도시된 바와 같이 순차적으로 형성될 수 있고, 도 55b에 도시된 바와 같이, 반도체 스페이서(172) 및 유전체 스페이서(174)의 측방 스택을 형성하도록 도핑된 반도체 재료 층 및 컨포멀 유전체 재료 층의 스택의 수평 부분들을 제거하기 위해 비등방성 에칭이 수행될 수 있다. 각각의 배면 트렌치(79) 내의 반도체 스페이서(172)와 유전체 스페이서(174)의 쌍 내에 배면 캐비티(79')가 존재한다.55A and 55B,
도 56, 도 57a, 및 도 57b를 참조하면, 소스 연결 층(146)을 관통하여 에칭하기 위해(소스 연결 층(146)이 이용되는 경우에) 그리고 각각의 배면 트렌치(79) 아래쪽에서 각각의 희생 레일 구조물(144)의 상단 표면의 각자의 부분을 물리적으로 노출시키기 위해 다른 비등방성 에칭이 수행될 수 있다. 소스 연결 층(146)이 반도체 재료를 포함하는 경우에, 소스 연결 층(146)의 물리적으로 노출된 측벽들의 표면 부분들의 산화에 의해 소스 연결 층(146)의 각각의 물리적으로 노출된 측벽들 상에 반도체 산화물 스페이서(176)가 형성될 수 있다. 반도체 산화물 스페이서들(176)을 형성하기 위해 열 산화 또는 플라즈마 산화가 이용될 수 있다.Referring to Figures 56, 57A, and 57B, to etch through the source connection layer 146 (where the
도 58을 참조하면, 배면 트렌치들(79) 아래쪽으로부터 희생 레일 구조물들(144)을 제거하기 위해 등방성 에칭이 수행될 수 있다. 예를 들어, 희생 레일 구조물들(144)이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 희생 레일 구조물들(144)을 콘택트 레벨 유전체 층(80), 절연 캡 층(70), 유전체 스페이서(174), 반도체 산화물 스페이서(176), 희생 라이너들(154), 및 유전체 에칭 정지 층(145)에 대해 선택적으로 제거하기 위해, 고온 인산을 이용하는 습식 에칭 공정이 이용될 수 있다. 희생 레일 구조물들(144)의 제거에 의해 희생 레일 구조물들(144)의 체적들 내에 측방 연장 캐비티들(143)이 형성된다. 매트릭스 재료 층(138)은 등방성 에칭 동안 제거되지 않는다. 따라서, 복수의 측방 연장 캐비티들(143)을 형성하기 위해 복수의 희생 레일 구조물들(144)이 매트릭스 재료 층(138)에 대해 선택적으로 제거된다.58, isotropic etching may be performed to remove the
도 59를 참조하면, 측방 연장 캐비티들(143)에 물리적으로 노출되는 메모리 막(50)의 부분들 및 임의적인 유전체 에칭 정지 층(145)의 부분들이, 예를 들어, 일련의 등방성 에칭 공정들에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 일련의 등방성 에칭 공정들은 메모리 막들(50)의 재료들, 즉 차단 유전체 층(도 8c의 502, 503, 또는 도 25의 52), 전하 저장 요소 층(도 8c의 504 또는 도 25의 54), 및 터널링 유전체 층(도 8c의 506 또는 도 25의 56)의 재료들을 에칭한다. 메모리 막들(50)의 제거 동안 희생 라이너들(154) 및 유전체 스페이서(174)가 부수적으로 제거될 수 있다. 일련의 등방성 에칭 공정들은 매트릭스 재료 층(138)과 접촉하는 메모리 막(50)의 부분들은 제거하지 않으면서, 측방 연장 캐비티들(143)에 물리적으로 노출되는 메모리 막(50)의 부분들을 제거한다. 반도체 채널(60)의 측벽은 측방 연장 캐비티들(143)에서 노출된다.59, portions of the
차후에, 소스 전도성 층이 형성될 수 있다. 소스 전도성 층(예컨대, 직접 스트랩 콘택트 유형 소스 전극(direct strap contact type source electrode))은 차후에 기술될 제1 처리 시퀀스의 경우에서와 같이 비-선택적 반도체 퇴적 공정을 이용하여 형성될 수 있거나, 차후에 기술될 제2 처리 시퀀스의 경우에서와 같이 선택적 반도체 퇴적 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 도 60a, 도 60b, 및 도 61 내지 도 66은 제1 처리 시퀀스를 예시하고 있다. 도 67 내지 도 73은 제2 처리 시퀀스를 예시하고 있다.Subsequently, a source conductive layer can be formed. A source conductive layer (e.g., a direct strap contact type source electrode) may be formed using a non-selective semiconductor deposition process, such as in the case of a first process sequence to be described later, Lt; / RTI > may be formed using an optional semiconductor deposition process as in the case of the second process sequence to be performed. 60A, 60B, and 61-66 illustrate a first processing sequence. 67 to 73 illustrate a second processing sequence.
도 60a 및 도 60b를 참조하면, 제1 처리 시퀀스가 이용되는 경우에, 도핑된 반도체 재료 층(166L)을 형성하는 단계가 예시되어 있다. 도 60a는 도 59에 예시된 구성에서의, 즉 드레인 선택 레벨 게이트 전극들이 콘택트 레벨 유전체 층(80)의 형성 이전에 절연 캡 층(70) 위쪽에 형성되지 않는 구성에서의 제3 예시적인 구조물을 예시하고 있다.Referring to Figs. 60A and 60B, the step of forming a doped
도 60b는 드레인 선택 레벨 게이트 전극들(87)이 절연 캡 층(70)의 형성 이후에 그리고 콘택트 레벨 유전체 층(80)의 형성 이전에 형성되는 제3 예시적인 구조물에 대한 대안의 구성을 예시하고 있다. 이 경우에, 드레인 선택 레벨 반도체 필라들(85), 드레인 선택 레벨 게이트 유전체들(82), 드레인 선택 레벨 게이트 전극들(87)이 드레인 영역들(63) 상에 형성될 수 있다. 드레인 선택 레벨 유전체 재료 층(802) 및 임의적인 비아 레벨 유전 재료 층(804)은 드레인 선택 레벨 게이트 전극들(87) 위에 형성될 수 있다. 드레인 선택 레벨 유전체 재료 층(802) 및 비아 레벨 유전 재료 층(804)은 콘택트 레벨 유전체 재료 층(80)이라고 일괄하여 지칭된다.60B illustrates an alternative configuration for the third exemplary structure in which drain select
도핑된 반도체 재료 층(166L)은 도핑된 폴리실리콘과 같은 도핑된 반도체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 도핑된 반도체 재료 층(166L)은, 1.0 x 105 S/cm 초과의 전도율을 갖고 매트릭스 재료 층(138) 및 소스 연결 층(146)의 전도성 유형과 동일한 전도성 유형을 갖는, 고농도로 도핑된 반도체 재료를 포함한다. 도핑된 반도체 재료 층(166L)은 저압 화학적 기상 퇴적(LPCVD)과 같은 컨포멀 퇴적 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 배면 트렌치(79)의 상단 부분이 배면 트렌치(79)의 하단 부분보다 더 큰 폭을 갖도록, 배면 트렌치(79)는 테이퍼진 프로파일을 가질 수 있다.The doped
일 실시예에서, 도핑된 반도체 재료 층(166L)의 두께는 하단 부분에서의 배면 트렌치(79)의 폭의 절반보다는 더 크고 상단 부분에서의 배면 트렌치(79)의 폭의 절반보다는 더 작도록 선택될 수 있다. 도핑된 반도체 재료 층(166L)은 배면 트렌치(79)의 하단에서 병합되고 배면 트렌치(79)의 상단에서 병합되지 않을 수 있다. 이 경우에, 도핑된 반도체 재료 층(166L)의 형성 이후에 각각의 배면 트렌치(79) 내에 쐐기 형상의 배면 캐비티가 존재할 수 있다. 각각의 측방 연장 캐비티(143)는 도핑된 반도체 재료 층(166L)에 의해 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 일 실시예에서, 캡슐화된 캐비티(167)가 배면 트렌치(79) 아래에 있는 각각의 측방 연장 캐비티(143)의 채워지지 않은 체적에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도핑된 반도체 재료 층(166L)은 각각의 반도체 스페이서(172)의 내측 표면 바로 위에 형성될 수 있다.In one embodiment, the thickness of the doped
도 61을 참조하면, 최하단 희생 재료 층(42)일 수 있는 최하단 스페이서 재료 층의 하단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽에 위치된 도핑된 반도체 재료 층(166L)의 부분들을 제거하기 위해 등방성 또는 비등방성 에칭이 수행될 수 있다. 도핑된 반도체 재료 층(166L)의 수직 부분들이 각각의 배면 트렌치(79) 내로부터 제거될 수 있다. 도핑된 반도체 재료 층(166L)의 각각의 남아 있는 부분은, 메모리 스택 구조물들(55) 내의 반도체 채널들(60)을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터의 소스로서 기능하는, 소스 전도성 층(166)을 구성한다. 등방성 에칭 동안 소스 전도성 층(166)의 상단 표면 위쪽으로부터 반도체 스페이서(172)가 제거될 수 있다. 반도체 스페이서(172)의 임의의 남아 있는 부분은 소스 전도성 층(166)의 최상단 표면을 포함하는 수평 평면 아래에 위치될 수 있다.Referring to FIG. 61, to remove portions of the doped
소스 전도성 층(166)이 배면 트렌치(79)의 하부 부분 및 복수의 측방 연장 캐비티들(143) 내에 그리고 반도체 채널들(60)의 측벽들 상에 형성된다. 소스 전도성 층(166)은 소스 연결 층(146)에서의 개구부를 통해 형성될 수 있고, 소스 연결 층(146)의 하단 표면의 측벽들 및 부분들 바로 위에 형성될 수 있다.A source
각각의 소스 전도성 층(166)은, 제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격된, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)을 포함한다. 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)은 복수의 측방 연장 캐비티들(143)에 형성된다. 환언하면, 이 실시예에서 제1 수평 방향으로 연장되는 전도성 레일 구조물들(166A)은 비트 라인 방향과 그리고 워드 라인 방향과 10도 내지 80도만큼 상이할 수 있거나(즉, "XY" 방향으로 연장됨), 비트 라인 방향에 평행하고 워드 라인 방향에 수직일 수 있다(즉, "X" 방향에 수직인 "Y" 방향을 포함할 수 있음). 각각의 소스 전도성 층(166)은 또한 제1 수평 방향과 상이한 제2 수평 방향을 따라(예컨대, 워드 라인 "X" 방향으로) 연장되는 전도성 스트래들링 구조물(conductive straddling structure)(166B)을 포함한다. 전도성 스트래들링 구조물(166B)은 배면 트렌치(79)의 하부 부분에 형성된다. 전도성 레일 구조물들(166A) 각각은 전도성 스트래들링 구조물(166B)에 인접해 있다. 전도성 스트래들링 구조물(166B)은 전도성 레일 구조물들(166A) 각각을 스트래들한다. 환언하면, 전도성 스트래들링 구조물(166B)은, 제1 수평 방향을 따라 양방향으로 연장됨으로써 전도성 레일 구조물(166A)을 "스트래들"하는, 각각의 전도성 레일 구조물들(166A)의 길이방향 측벽(lengthwise sidewall)들로부터 멀어지는 쪽으로 연장된다. 각각의 소스 전도성 층(166)은 일체형 구조물, 즉 단일의 연속적인 구조물로서 형성된다.Each source
도 62를 참조하면, 제3 예시적인 구조물은 제1 처리 시퀀스에 대해 예시되어 있다. 구체적으로는, 소스 전도성 층(166)의 표면 부분을 반도체 산화물 재료로 전환시키는 것에 의해 반도체 산화물 부분(175)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 전도성 층(166)이 도핑된 폴리실리콘을 포함하는 경우, 반도체 산화물 부분(175)은 도핑된 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반도체 산화물 부분(175)이 소스 전도성 층(166)의 전도성 스트래들링 구조물(166B) 상단에 그리고 교번 스택(들) 내의 최하단 스페이서 재료 층(즉, 최하단 희생 재료 층(42))의 레벨 아래에 형성될 수 있다.Referring to Figure 62, a third exemplary structure is illustrated for a first processing sequence. Specifically, the
도 63을 참조하면, (제1 희생 재료 층들(42), 제2 희생 재료 층들(142), 및 제3 희생 재료 층들(242)을 포함할 수 있는) 스페이서 재료 층들을 절연 층들(32, 132, 232), 콘택트 레벨 유전체 층(80), 절연 캡 층(70), 및 반도체 산화물 부분(175)에 대해 선택적으로 제거하는 것에 의해 배면 리세스들(43)이 형성된다. 도 14의 처리 단계들 또는 도 33의 처리 단계들과 동일한 처리 단계들이 이용될 수 있다.63, spacer material layers (which may include first sacrificial material layers 42, second sacrificial material layers 142, and third sacrificial material layers 242) may be deposited on insulating
도 64를 참조하면, 배면 차단 유전체 층(도시되지 않음)이 배면 리세스들에 그리고 배면 트렌치(79)의 측벽들 상에 컨포멀하게 퇴적될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료를 배면 리세스들(43)의 남아 있는 체적들에, 배면 트렌치(79)의 주변 부분들에, 그리고 콘택트 레벨 유전체 층(80) 위에 퇴적시키는 것에 의해 전기 전도성 층들(46) 및 연속적인 전도성 재료 층(46L)이 형성될 수 있다. 연속적인 전도성 재료 층(46L)은 배면 리세스들(43) 외부에 퇴적되는 적어도 하나의 전도성 재료의 부분을 지칭한다. 전기 전도성 층들(46)을 형성하기 위해 도 15의 처리 단계들 또는 도 34의 처리 단계들과 동일한 처리 단계들이 이용될 수 있다.64, a back-off dielectric layer (not shown) may be conformally deposited on the back-side recesses and on the sidewalls of the back-
도 65를 참조하면, 연속적인 전도성 재료 층(46L)이, 등방성 에칭, 비등방성 에칭, 또는 이들의 조합일 수 있는, 리세스 에칭에 의해 제거될 수 있다. 배면 캐비티(79')는 각각의 배면 트렌치(79) 내의 반도체 산화물 부분(175) 위에 존재한다.Referring to Fig. 65, a continuous layer of
도 66을 참조하면, 유전체 세퍼레이터 구조물(78)을 형성하기 위해 유전체 재료가 배면 캐비티(79')에 퇴적된다. 콘택트 레벨 유전체 재료 층(80)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽에 퇴적된 유전체 재료의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화 또는 리세스 에칭을 이용할 수 있는, 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 66, a dielectric material is deposited in the backside cavity 79 'to form a
도 67을 참조하면, 도 67 내지 도 73의 단계들에 대응하고 도 6a, 도 6b, 및 도 61 내지 도 66의 단계들에 대응하는 제1 처리 시퀀스 대신에 이용되는 제2 처리 시퀀스의 제1 단계가 예시되어 있다. 배면 트렌치(79)의 측벽들로부터 반도체 스페이서(172)를 제거하기 위해, 도 59에 예시된 제3 예시적인 구조물에 대해 등방성 에칭이 수행될 수 있다.67, which corresponds to the steps of FIGS. 67 to 73 and is used in place of the first processing sequence corresponding to the steps of FIGS. 6A, 6B and 61 to 66, Steps are illustrated. To remove the
도 68을 참조하면, 도핑된 반도체 재료의 선택적 반도체 퇴적에 의해 소스 전도성 층(166)이 형성될 수 있다. 이 경우에, 매트릭스 재료 층(138)은 도핑된 반도체 재료를 포함하고, 소스 전도성 층(166)의 도핑된 반도체 재료는 매트릭스 재료 층(138)과 동일한 전도성 유형의 도핑을 갖는다.68, a source
선택적 반도체 퇴적 공정 동안, (실란, 디실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 게르만(germane) 등과 같은) 반도체 전구체 가스, (디보란, 포스핀, 아르신, 스티빈 등과 같은) 도펀트 가스, 및 (염화수소 가스와 같은) 에칭제 가스가 동시에 또는 반복적 시퀀스로 (수소, 질소, 및/또는 아르곤과 같은) 적어도 하나의 임의적인 캐리어 가스와 함께 공정 챔버 내로 유동될 수 있다. (절연 층들(32), 희생 재료 층(42, 142, 242), 절연 캡 층(70), 및 콘택트 레벨 유전체 층(80)의 유전체 표면들과 같은) 비정질 표면들은 (매트릭스 재료 층(138) 및 임의적인 소스 연결 층(146)의 다결정 반도체 표면들과 같은) 결정질 표면들 또는 반도체 표면들에 비해 반도체 재료에 대한 더 낮은 퇴적 속도를 제공한다. 비정질 표면 상의 반도체 재료의 퇴적 속도와 결정질 반도체 표면들 상의 반도체 재료의 퇴적 속도 사이에 있도록 에칭제 가스에 의한 에칭 속도를 설정하는 것에 의해(예를 들어, 에칭제 가스에 대한 적당한 유량을 선택하는 것에 의해), 도핑된 반도체 재료가, 절연 층들(32), 희생 재료 층(42, 142, 242), 절연 캡 층(70), 및 콘택트 레벨 유전체 층(80)의 유전체 표면들로부터는 성장하지 않으면서, 매트릭스 재료 층(138) 및 임의적인 소스 연결 층(146)의 결정질 반도체 표면들로부터만 성장할 수 있다.During the selective semiconductor deposition process, semiconductor precursor gases (such as silane, disilane, dichlorosilane, trichlorosilane, germane, etc.), dopant gases (such as diborane, phosphine, arsine, stibin, Etchant gas such as hydrogen chloride gas may flow into the process chamber simultaneously or in a repeating sequence with at least one optional carrier gas (such as hydrogen, nitrogen, and / or argon). Amorphous surfaces (such as
따라서, 선택적 반도체 재료 퇴적 공정은 도핑된 반도체 재료(예컨대, 폴리실리콘)를 반도체 표면들 상에 퇴적시키고 유전체 표면들로부터 성장시키지 않는다. 소스 전도성 층(166)은 소스 연결 층(146)에서의 개구부를 통해 형성될 수 있고, 소스 연결 층(146)의 하단 표면의 측벽들 및 부분들 바로 위에 형성될 수 있다.Thus, the optional semiconductor material deposition process deposits a doped semiconductor material (e.g., polysilicon) on the semiconductor surfaces and does not grow from the dielectric surfaces. The source
각각의 소스 전도성 층(166)은, 제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격된, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)을 포함한다. 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)은 복수의 측방 연장 캐비티들(143)에 형성된다. 각각의 소스 전도성 층(166)은 또한 제1 수평 방향과 상이한 제2 수평 방향을 따라 연장되는 전도성 스트래들링 구조물(166B)을 포함한다. 전도성 스트래들링 구조물(166B)은, 앞서 기술된 바와 같이, 배면 트렌치(79)의 하부 부분에 형성된다. 각각의 소스 전도성 층(166)은 일체형 구조물, 즉 단일의 연속적인 구조물로서 형성된다. 일 실시예에서, 캡슐화된 캐비티(167)가 배면 트렌치(79) 아래에 있는 각각의 측방 연장 캐비티(143)의 채워지지 않은 체적에 형성될 수 있다.Each source
도 69를 참조하면, 소스 전도성 층(166)의 상단 표면의 평면성(planarity)을 개선시키기 위해 그리고 소스 전도성 층(166)의 상단 표면이 최하단 스페이서 재료 층, 즉 최하단 제1 희생 재료 층(42)의 하단 표면을 포함하는 수평 평면 아래에 제공되도록 보장하기 위해, 소스 전도성 층(166)의 전도성 스트래들링 구조물(166B)의 상단 표면이 임의로 리세싱될 수 있다.69, in order to improve the planarity of the top surface of the source
도 70을 참조하면, 예를 들어, 열 산화에 의해 또는 플라즈마 산화에 의해 소스 전도성 층(166)의 상단 부분(예컨대, 전도성 스트래들링 구조물(166B)의 상단 부분)을 반도체 산화물 재료로 전환시키는 것에 의해 반도체 산화물 부분(175)을 형성하기 위해, 도 62의 처리 단계들이 수행될 수 있다.70, the upper portion of the source conductive layer 166 (e.g., the upper portion of the
도 71을 참조하면, (제1 희생 재료 층들(42), 제2 희생 재료 층들(142), 및 제3 희생 재료 층들(242)을 포함할 수 있는) 스페이서 재료 층들을 절연 층들(32, 132, 232), 절연 캡 층(70), 및 반도체 산화물 부분(175)에 대해 선택적으로 제거하는 것에 의해 배면 리세스들(43)이 형성된다. 도 14의 처리 단계들 또는 도 33의 처리 단계들과 동일한 처리 단계들이 이용될 수 있다.71, spacer material layers (which may include first sacrificial material layers 42, second sacrificial material layers 142, and third sacrificial material layers 242) may be deposited on insulating
도 72를 참조하면, 배면 차단 유전체 층(도시되지 않음)이 배면 리세스들에 그리고 배면 트렌치(79)의 측벽들 상에 컨포멀하게 퇴적될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료를 배면 리세스들(43)의 남아 있는 체적들에, 배면 트렌치(79)의 주변 부분들에, 그리고 절연 캡 층(70) 위에 퇴적시키는 것에 의해 전기 전도성 층들(46) 및 연속적인 전도성 재료 층(46L)이 형성될 수 있다. 연속적인 전도성 재료 층(46L)은 배면 리세스들(43) 외부에 퇴적되는 적어도 하나의 전도성 재료의 부분을 지칭한다. 전기 전도성 층들(46)을 형성하기 위해 도 15의 처리 단계들 또는 도 34의 처리 단계들과 동일한 처리 단계들이 이용될 수 있다.72, a back-off dielectric layer (not shown) may be conformally deposited on the back-side recesses and on the sidewalls of the back-
도 73을 참조하면, 연속적인 전도성 재료 층(46L)이, 등방성 에칭, 비등방성 에칭, 또는 이들의 조합일 수 있는, 리세스 에칭에 의해 제거될 수 있다. 배면 캐비티는 각각의 배면 트렌치(79) 내의 반도체 산화물 부분(175) 위에 존재한다. 유전체 세퍼레이터 구조물(78)을 형성하기 위해 유전체 재료가 배면 캐비티에 퇴적된다. 절연 캡 층(70)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽에(또는 콘택트 레벨 유전체 재료 층(80)이 이용되는 경우에 콘택트 레벨 유전체 재료 층(80)을 포함하는 수평 평면 위쪽에) 퇴적된 유전체 재료의 잉여 부분들이, 예를 들어, 화학 기계적 평탄화 또는 리세스 에칭을 이용할 수 있는, 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 73, a continuous layer of
도 74를 참조하면, 유전체 세퍼레이터 구조물(78)의 형성 이후의 제3 예시적인 구조물의 (드레인 선택 레벨 게이트 전극들(87)을 포함하는) 대안의 실시예의 수직 단면도가 예시되어 있다.74, a vertical cross-sectional view of an alternative embodiment (including drain select level gate electrodes 87) of a third exemplary structure after formation of a
도 75a 내지 도 75e는 도 74에 예시된 다양한 수평 단면 평면들(A-A', B-B', C-C', D-D', 및 E-E')을 따른 (제1 수평 방향과 제2 수평 방향이 서로에 대해 비직교인) 제1 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도를 제공한다.75A-75E illustrate a cross-sectional view along the various horizontal section planes (A-A ', B-B', C-C ', D-D', and E-E ' And the second horizontal direction are non-orthogonal to each other) in a first configuration.
도 76a 내지 도 76e는 도 74에 예시된 다양한 수평 단면 평면들(A-A', B-B', C-C', D-D', 및 E-E')을 따른 (제1 수평 방향과 제2 수평 방향이 서로 직교인) 제2 구성에서의 제3 예시적인 구조물의 수평 단면도를 제공한다. 비트 라인들(90)의 위치는 도 74, 도 75e 및 도 76e에서 파선들로 도시되어 있다. 비트 라인들(90)은, 워드 라인(예컨대, "X") 방향에 수직이고 전도성 레일 구조물들(166A)의 연장 방향인 제1 수평 방향에 평행하거나 그와 10도 내지 80도(30도 내지 60도 등)만큼 상이할 수 있는, 비트 라인(예컨대, "Y") 방향으로 연장된다. 비트 라인들(90)은 각자의 드레인 콘택트 비아 콘택트 구조물들(88)을 통해 드레인 영역들에 전기적으로 연결된다. 이 제3 실시예에서, 매트릭스 재료 층(138)은 제1 및 제2 실시예들과 관련하여 앞서 기술된 지지 구조물(예컨대, 지지 페데스탈 구조물)로서 기능한다.76A through 76E are views of a plurality of horizontal cross-sectional planes A-A ', B-B', C-C ', D-D', and E-E ' And the second horizontal direction are orthogonal to one another) in a second configuration. The location of the bit lines 90 is shown in broken lines in Figures 74, 75E and 76E. The bit lines 90 are parallel to or perpendicular to the first horizontal direction which is perpendicular to the word line (e.g., "X") direction and extends in the direction of the
본 개시내용의 다양한 예시적인 구조물들은 3차원 메모리 디바이스를 포함할 수 있다. 3차원 메모리 디바이스는 기판(8) 위에 위치된 전기 전도성 층들(46) 및 절연 층들(32, 존재하는 경우 132, 존재하는 경우 232)의 교번 스택; 메모리 스택 구조물들(55)의 어레이 - 각각의 메모리 스택 구조물(55)은 교번 스택을 관통하여 연장되고 메모리 막(50) 및 메모리 막(50)에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널(60)을 포함함 -; 및 각각의 반도체 채널(60)의 측벽의 하단 부분과 접촉하고 교번 스택과 기판(8) 사이에 위치된 소스 전도성 층(76L, 150, 166)을 포함할 수 있다. 소스 전도성 층(76L, 150, 166)은 도핑된 반도체 재료 층일 수 있다.Various exemplary structures of the present disclosure may include a three-dimensional memory device. The three-dimensional memory device includes alternating stacks of electrically
일 실시예에서, 소스 전도성 층(166)은 제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격된, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A); 및 제1 수평 방향과 상이한 제2 수평 방향을 따라 연장되는 전도성 스트래들링 구조물(166B)을 포함하고, 여기서 전도성 레일 구조물들(166A) 각각은 전도성 스트래들링 구조물(166B)에 인접해 있다. 전도성 레일 구조물들(166A)은 메모리 디바이스의 소스 영역들로서 또는 도핑된 소스 영역이 반도체 채널(60)의 하단에 형성되는 경우 소스 전극으로서 기능할 수 있다.In one embodiment, the source
일 실시예에서, 3차원 메모리 디바이스는 메모리 스택 구조물들 각각의 하단 부분을 측방으로 둘러싸는 매트릭스 재료 층(138)을 포함하는 지지 구조물을 포함할 수 있다. 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)은 제1 수평 방향을 따라 연장되는 매트릭스 재료 층(138) 내의 복수의 채널들(141)에 위치된다.In one embodiment, the three-dimensional memory device may include a support structure that includes a
일 실시예에서, 각각의 메모리 막(50)의 볼록 측벽 및 하단 표면이 매트릭스 재료 층(138)과 접촉한다. 일 실시예에서, 각각의 반도체 채널(60)의 볼록 측벽은 각자의 전도성 레일 구조물(166A)의 오목 측벽과 접촉하고, 여기서 반도체 채널을 포함하는 메모리 스택 구조물(55)의 기하학적 중심을 통과하는 수직축을 중심으로 측정되는 바와 같은 볼록 측벽과 각자의 전도성 레일 구조물(166A) 사이의 콘택트 구역의 2개의 수직 에지 사이의 방위각은 45도 내지 270도의 범위에 있다. 일 실시예에서, 매트릭스 재료 층(138)은 제1 도핑된 반도체 재료를 포함하고 소스 전도성 층(166)에 전기적으로 단락된다. 일 실시예에서, 소스 전도성 층(166) 전체는, 소스 전도성 층(166)의 각각의 부분 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되고 제1 도핑된 반도체 재료와 동일한 전도성 유형을 갖는 제2 도핑된 반도체 재료를 포함하는, 일체형 구조물일 수 있다.In one embodiment, the convex sidewalls and bottom surfaces of each
일 실시예에서, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)의 각각의 측벽은 한 세트의 오목 수직 측벽 부분들과 서로 인접된 한 세트의 평면 수직 측벽 부분들을 포함하고, 각각의 평면 수직 측벽 부분들은 매트릭스 재료 층(138)과 접촉하고, 각각의 오목 수직 측벽 부분들은 각자의 반도체 채널(60)과 접촉한다. 일 실시예에서, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)의 하단 표면들 전체는 매트릭스 재료 층(138)의 하단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽에 위치되는 매트릭스 재료 층(138)의 리세싱된 표면들과 접촉한다.In one embodiment, each side wall of the plurality of
일 실시예에서, 전도성 스트래들링 구조물(166B)은 복수의 전도성 레일 구조물들(166A) 각각 위에 있고, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A) 각각의 상단 부분에 인접하며, 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)과 동일한 전도성 재료를 포함한다.In one embodiment, the conductive strapping
복수의 비트 라인들(90)은 비트 라인 방향(즉, "Y" 방향)으로 연장되고, 전기 전도성 층들(46)은 비트 라인 방향에 수직인 워드 라인 방향으로(즉, "X" 방향으로) 연장되는 워드 라인들을 포함한다. 전도성 스트래들링 구조물(166B)은 또한 워드 라인 방향에 평행하고 비트 라인 방향에 수직인 워드 라인 방향으로 연장된다. 일 실시예에서, 제1 수평 방향(즉, 전도성 레일 구조물들(166A)이 연장되는 "XY" 방향)은 워드 라인 방향 및 비트 라인 방향 둘 다와, 예컨대, 10도 내지 80도만큼, 예를 들어, 30도 내지 60도만큼 상이하다. 환언하면, 제1 수평 방향이 워드 라인 방향과 N도(예컨대, 10도 또는 30도)만큼 상이한 경우, 제1 수평 방향은 비트 라인 방향과 90-N도(예컨대, 80도 또는 60도)만큼 상이하다. 다른 실시예에서, 제1 수평 방향은 비트 라인 방향에 평행하고 전도성 레일 구조물들(166A)은 비트 라인들(90)에 평행하다.The plurality of
소스 연결 층(146)은 복수의 전도성 레일 구조물들(166A)과 교번 스택 사이에 위치될 수 있다. 소스 연결 층(146)은 전도성 스트래들링 구조물(166B)의 측벽과 접촉할 수 있고, 메모리 스택 구조물들(55)을 측방으로 둘러쌀 수 있다.The
주변 디바이스들(210)은 메모리 스택 구조물들(55)을 포함하는 메모리 어레이 영역(100) 아래에 또는 인접한 주변 디바이스 영역(200)에 위치될 수 있고 부가의 전기 콘택트들(도시되지 않음)을 사용하여 소스 연결 층(146)과 전기적으로 접촉할 수 있다.
유전체 재료를 포함하는 유전체 세퍼레이터 구조물(78)은 교번 스택 전체를 관통하여 수직으로 연장될 수 있고, 전도성 스트래들링 구조물(166B)의 구역 전체 위에 있을 수 있다. 유전체 세퍼레이터 구조물(78)의 유전체 재료는 배면 트렌치(79) 내부의 비슷한 체적의 금속 재료 부분보다 배면 트렌치(79) 내부로부터의 기계적 응력을 더 적게 생성한다. 따라서, 배면 트렌치에 금속 재료 부분 대신에 유전체 세퍼레이터 구조물(78)을 제공하는 것에 의해, 3차원 메모리 디바이스의 기계적 응력이 완화될 수 있다.A
일 실시예에서, 3차원 메모리 디바이스는 기판(8) 위에 위치된 수직 NAND 디바이스를 포함하고, 전기 전도성 층들(46)은 NAND 디바이스의 각자의 워드 라인을 포함하거나 그에 전기적으로 연결되고, 기판(8)은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수직 NAND 디바이스는 실리콘 기판 위에 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함하고, 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제1 디바이스 레벨에 있는 적어도 하나의 메모리 셀은 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제2 디바이스 레벨에 있는 다른 메모리 셀 위에 위치되며, 실리콘 기판은 그 위에 위치된 메모리 디바이스에 대한 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 포함한다. 일 실시예에서, 전기 전도성 층들(46)은 기판의 상단 표면에 실질적으로 평행하게(예컨대, 배면 트렌치들(79)의 쌍들 사이의 제1 수평 방향을 따라) 연장되는 스트립 형상을 갖는 복수의 제어 게이트 전극들을 포함하고, 복수의 제어 게이트 전극들은 적어도 제1 디바이스 레벨에 위치된 제1 제어 게이트 전극 및 제2 디바이스 레벨에 위치된 제2 제어 게이트 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는: 복수의 반도체 채널들(60) - 복수의 반도체 채널들(60)의 각각의 반도체 채널의 적어도 하나의 단부 부분은 기판의 상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장됨 -, 및 (전하 저장 요소 층(504, 54)의 부분들로서 구현되는 바와 같은) 복수의 전하 저장 요소들을 포함할 수 있다. 각각의 전하 저장 요소는 복수의 반도체 채널들(60)의 각자의 반도체 채널에 인접하여 위치될 수 있다.In one embodiment, the three-dimensional memory device comprises a vertical NAND device located on a
본 개시내용의 다양한 실시예들의 소스 전도성 층들(76L, 150, 166)은 메모리 스택 구조물들(55) 내의 반도체 채널들(60)을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터들에 대한 공통 소스 전극으로서 기능할 수 있다. 배면 트렌치들(79) 내에 금속 구조물을 형성하는 것을 피하는 것에 의해, 3차원 메모리 디바이스의 기계적 응력 레벨이 상당히 감소될 수 있다. 소스 전도성 층들(76L, 150, 166)은 콘택트 영역(300)에 제공될 수 있는 소스 전극 콘택트 비아 구조물(도시되지 않음)에 의해 접촉될 수 있다.The source
전술한 바가 특정의 바람직한 실시예들을 언급하고 있지만, 본 발명이 그렇게 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 개시된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 행해질 수 있다는 것과 이러한 수정들이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도되어 있다는 것을 알 것이다. 본원에서 인용되는 간행물들, 특허 출원들 및 특허들 모두는 참조에 의해 그 전체가 본원에 원용된다.While the foregoing is directed to certain preferred embodiments, it will be understood that the invention is not so limited. Those of ordinary skill in the art will recognize that various modifications may be made to the disclosed embodiments and that such modifications are intended to be within the scope of the present invention. All publications, patent applications, and patents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
Claims (22)
기판 위에 위치된 전기 전도성 층들 및 절연 층들의 교번 스택(alternating stack);
메모리 스택 구조물들의 어레이 - 각각의 메모리 스택 구조물은 상기 교번 스택을 관통하여 연장되고 메모리 막 및 상기 메모리 막에 의해 측방으로 둘러싸인 반도체 채널을 포함함 -; 및
각각의 반도체 채널의 측벽의 하단 부분과 접촉하고 상기 교번 스택과 상기 기판 사이에 위치된 소스 전도성 층
을 포함하고, 상기 소스 전도성 층은 제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격된 복수의 전도성 레일 구조물들을 포함하는, 3차원 메모리 디바이스.As a three-dimensional memory device,
An alternating stack of electrically conductive layers and insulating layers disposed over a substrate;
An array of memory stack structures, each memory stack structure extending through the alternate stack and including a memory film and a semiconductor channel laterally surrounded by the memory film; And
A source conductive layer disposed between the alternating stack and the substrate and in contact with a bottom portion of a sidewall of each semiconductor channel,
Wherein the source conductive layer comprises a plurality of conductive rail structures extending along a first horizontal direction and laterally spaced from each other.
상기 복수의 전도성 레일 구조물들은 상기 제1 수평 방향을 따라 연장되는 상기 매트릭스 재료 층 내의 복수의 채널들에 위치되고;
각각의 메모리 막의 볼록 측벽 및 하단 표면이 상기 매트릭스 재료 층과 접촉하는, 3차원 메모리 디바이스.The method of claim 3,
The plurality of conductive rail structures being located in a plurality of channels in the layer of matrix material extending along the first horizontal direction;
And a convex sidewall and a bottom surface of each memory film are in contact with the matrix material layer.
상기 매트릭스 재료 층은 제1 도핑된 반도체 재료를 포함하고 상기 소스 전도성 층에 전기적으로 단락되며;
상기 소스 전도성 층 전체는, 상기 소스 전도성 층의 각각의 부분 전체에 걸쳐 연속적으로 연장되고 상기 제1 도핑된 반도체 재료와 동일한 전도성 유형을 갖는 제2 도핑된 반도체 재료를 포함하는 일체형 구조물인, 3차원 메모리 디바이스.The method of claim 3,
The matrix material layer comprising a first doped semiconductor material and electrically shorted to the source conductive layer;
Wherein the entire source conductive layer is an integral structure that extends continuously over each portion of the source conductive layer and comprises a second doped semiconductor material having the same conductivity type as the first doped semiconductor material, Memory device.
상기 복수의 전도성 레일 구조물들의 각각의 측벽은 한 세트의 오목 수직 측벽 부분들과 서로 인접된 한 세트의 평면 수직 측벽 부분들을 포함하고;
상기 평면 수직 측벽 부분들 각각은 상기 매트릭스 재료 층과 접촉하며;
상기 오목 수직 측벽 부분들 각각은 각자의 반도체 채널과 접촉하고;
상기 복수의 전도성 레일 구조물들의 상기 하단 표면들 전체는 상기 매트릭스 재료 층의 하단 표면을 포함하는 수평 평면 위쪽에 위치되는 상기 매트릭스 재료 층의 리세싱된 표면들과 접촉하는, 3차원 메모리 디바이스.The method of claim 3,
Each sidewall of the plurality of conductive rail structures includes a set of concave vertical sidewall portions and a set of planar vertical sidewall portions adjacent to each other;
Each of the planar vertical sidewall portions being in contact with the layer of matrix material;
Each of said concave vertical sidewall portions being in contact with a respective semiconductor channel;
Wherein all of said bottom surfaces of said plurality of conductive rail structures are in contact with recessed surfaces of said matrix material layer located above a horizontal plane comprising a bottom surface of said layer of matrix material.
상기 제1 수평 방향은 상기 워드 라인 방향 및 상기 비트 라인 방향 둘 다와 상이하고;
상기 전도성 스트래들링 구조물은 상기 워드 라인 방향으로 연장되는, 3차원 메모리 디바이스.10. The method of claim 9,
The first horizontal direction being different from both the word line direction and the bit line direction;
Wherein the conductive straining structure extends in the word line direction.
상기 제1 수평 방향은 상기 비트 라인 방향에 평행하고;
상기 전도성 스트래들링 구조물은 상기 워드 라인 방향으로 연장되는, 3차원 메모리 디바이스.10. The method of claim 9,
The first horizontal direction being parallel to the bit line direction;
Wherein the conductive straining structure extends in the word line direction.
상기 복수의 전도성 레일 구조물들과 상기 교번 스택 사이에 위치되고, 상기 전도성 스트래들링 구조물의 측벽과 접촉하며, 상기 메모리 스택 구조물들을 측방으로 둘러싸는 소스 연결 층; 및
유전체 재료를 포함하고, 상기 교번 스택 전체를 관통하여 수직으로 연장되며, 상기 전도성 스트래들링 구조물의 구역 전체 위에 있는 유전체 세퍼레이터 구조물(dielectric separator structure)
을 추가로 포함하는, 3차원 메모리 디바이스.3. The method of claim 2,
A source connection layer located between the plurality of conductive rail structures and the alternate stack, the source connection layer contacting the sidewalls of the conductive strapping structure and laterally surrounding the memory stack structures; And
A dielectric separator structure overlying the entire region of the conductive straining structure, the dielectric separator structure including a dielectric material, the dielectric separator structure extending vertically through the entire alternate stack,
Wherein the memory device further comprises:
상기 3차원 메모리 디바이스는 상기 기판 위에 위치된 수직 NAND 디바이스를 포함하고;
상기 전기 전도성 층들은 상기 NAND 디바이스의 각자의 워드 라인을 포함하거나, 그에 전기적으로 연결되며;
상기 기판은 실리콘 기판을 포함하며;
상기 수직 NAND 디바이스는 상기 실리콘 기판 위에 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함하고;
상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제1 디바이스 레벨에 있는 적어도 하나의 메모리 셀은 상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제2 디바이스 레벨에 있는 다른 메모리 셀 위에 위치되며;
상기 실리콘 기판은 그 위에 위치된 상기 메모리 디바이스에 대한 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 포함하고;
상기 전기 전도성 층들은 상기 기판의 상기 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립 형상을 갖는 복수의 제어 게이트 전극들을 포함하고, 상기 복수의 제어 게이트 전극들은 적어도 상기 제1 디바이스 레벨에 위치된 제1 제어 게이트 전극 및 상기 제2 디바이스 레벨에 위치된 제2 제어 게이트 전극을 포함하며;
상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는:
복수의 반도체 채널들 - 상기 복수의 반도체 채널들의 각각의 반도체 채널의 적어도 하나의 단부 부분은 상기 기판의 상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장됨 -, 및
복수의 전하 저장 요소들 - 각각의 전하 저장 요소는 상기 복수의 반도체 채널들의 각자의 반도체 채널에 인접하여 위치됨 -
을 포함하는, 3차원 메모리 디바이스.The method according to claim 1,
Said three dimensional memory device comprising a vertical NAND device located above said substrate;
The electrically conductive layers comprising or electrically connected to a respective word line of the NAND device;
The substrate comprising a silicon substrate;
Wherein the vertical NAND device comprises an array of monolithic three-dimensional NAND strings on the silicon substrate;
At least one memory cell at a first device level of the array of monolithic three-dimensional NAND strings is located over another memory cell at a second device level of the array of monolithic three-dimensional NAND strings;
The silicon substrate comprising an integrated circuit comprising driver circuitry for the memory device located thereon;
Wherein the electrically conductive layers comprise a plurality of control gate electrodes having a strip shape extending substantially parallel to the top surface of the substrate and wherein the plurality of control gate electrodes comprise at least a first control A gate electrode and a second control gate electrode located at the second device level;
Wherein the array of monolithic three-dimensional NAND strings comprises:
A plurality of semiconductor channels, at least one end portion of each semiconductor channel of the plurality of semiconductor channels extending substantially perpendicular to an upper surface of the substrate; and
A plurality of charge storage elements, each charge storage element being located adjacent a respective semiconductor channel of the plurality of semiconductor channels,
Dimensional memory device.
기판 위에 제1 수평 방향을 따라 연장되는 복수의 채널들을 포함하는 매트릭스 재료 층을 형성하는 단계;
상기 복수의 채널들에 복수의 희생 레일 구조물들을 형성하는 단계;
상기 매트릭스 재료 층 및 상기 희생 레일 구조물들 위에 절연체 층들 및 스페이서 재료 층들의 교번 스택을 형성하는 단계;
메모리 스택 구조물들을 상기 교번 스택 및 상기 희생 레일 구조물들의 부분들을 관통하여 형성하는 단계 - 상기 메모리 스택 구조물들 각각은 각자의 메모리 막 및 각자의 반도체 채널을 포함함 -;
상기 교번 스택을 관통하여 연장되는 배면 트렌치를 형성하는 단계 - 상기 희생 레일 구조물들의 표면들이 상기 배면 트렌치 아래쪽에서 물리적으로 노출됨 -;
복수의 측방 연장 캐비티들을 형성하기 위해 상기 복수의 희생 레일 구조물들을 상기 매트릭스 재료 층에 대해 선택적으로 제거하는 단계;
상기 매트릭스 재료 층과 접촉하는 상기 메모리 막의 부분들은 제거하지 않으면서, 상기 측방 연장 캐비티들에 물리적으로 노출된 상기 메모리 막의 부분들을 제거하는 단계; 및
소스 전도성 층을 상기 배면 트렌치의 하부 부분 및 상기 복수의 측방 연장 캐비티들 내에 그리고 상기 반도체 채널들의 측벽들과 접촉하게 형성하는 단계
를 포함하는, 방법.A method of forming a three-dimensional memory device,
Forming a matrix material layer on the substrate, the matrix material layer including a plurality of channels extending along a first horizontal direction;
Forming a plurality of sacrificial rail structures in the plurality of channels;
Forming an alternating stack of insulator layers and spacer material layers over the matrix material layer and the sacrificial rail structures;
Forming memory stack structures through portions of the alternating stack and the sacrificial rail structures, each of the memory stack structures including a respective memory film and a respective semiconductor channel;
Forming a backside trench extending through the alternating stack, the surfaces of the sacrificial rail structures being physically exposed beneath the backside trench;
Selectively removing said plurality of sacrificial rail structures relative to said matrix material layer to form a plurality of lateral extension cavities;
Removing portions of the memory film physically exposed to the lateral extending cavities without removing portions of the memory film that are in contact with the layer of matrix material; And
Forming a source conductive layer in the bottom portion of the backside trench and in the plurality of lateral extension cavities and in contact with the sidewalls of the semiconductor channels
/ RTI >
제1 수평 방향을 따라 연장되고 서로 측방으로 이격되며 상기 복수의 측방 연장 캐비티들에 형성되는 복수의 전도성 레일 구조물들; 및
상기 제1 수평 방향과 상이한 제2 수평 방향을 따라 연장되고 상기 배면 트렌치의 하부 부분에 형성되는 전도성 스트래들링 구조물
을 포함하고, 상기 전도성 레일 구조물들 각각은 상기 전도성 스트래들링 구조물에 인접해 있는, 방법.15. The device of claim 14, wherein the source conductive layer comprises:
A plurality of conductive rail structures extending along a first horizontal direction and laterally spaced from each other and formed in the plurality of side extension cavities; And
A conductive strapping structure extending along a second horizontal direction different from the first horizontal direction and formed in a lower portion of the rear trench;
Wherein each of the conductive rail structures is adjacent to the conductive strained ring structure.
컨포멀 퇴적 공정(conformal deposition process)을 이용하여 상기 복수의 측방 연장 캐비티들 및 상기 배면 트렌치에 도핑된 반도체 재료 층을 퇴적시키는 단계 - 상기 도핑된 반도체 재료 층으로 채워지지 않은 배면 캐비티가 상기 배면 트렌치에 존재함 -; 및
상기 도핑된 반도체 재료 층의 수직 부분들을 상기 배면 트렌치 내로부터 등방성으로 제거하는 단계 - 상기 도핑된 반도체 재료 층의 남아 있는 부분은 상기 소스 전도성 층을 포함함 -
에 의해 형성되는, 방법.15. The device of claim 14, wherein the source conductive layer comprises:
Depositing a layer of doped semiconductor material in the plurality of lateral extension cavities and the backside trench using a conformal deposition process, wherein the backside cavity, which is not filled with the doped semiconductor material layer, ≪ / RTI > And
Isotropically removing vertical portions of the doped semiconductor material layer from within the backside trench, the remaining portion of the doped semiconductor material layer comprising the source conductive layer,
≪ / RTI >
상기 매트릭스 재료 층은 반도체 재료를 포함하고;
상기 소스 전도성 층은 반도체 재료를 반도체 표면들 상에 퇴적시키고 유전체 표면들로부터 성장시키지 않는 선택적 반도체 재료 퇴적 공정에 의해 형성되는, 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the matrix material layer comprises a semiconductor material;
Wherein the source conductive layer is formed by an optional semiconductor material deposition process that deposits a semiconductor material on semiconductor surfaces and does not grow from dielectric surfaces.
상기 소스 전도성 층의 상단에 그리고 상기 교번 스택 내의 최하단 스페이서 재료 층의 레벨 아래에 반도체 산화물 부분을 형성하는 단계;
상기 스페이서 재료 층들을 상기 절연 층들에 대해 선택적으로 제거하는 것에 의해 배면 리세스들을 형성하는 단계; 및
상기 배면 리세스들 내에 전기 전도성 층들을 형성하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.15. The method of claim 14,
Forming a semiconductor oxide portion on top of the source conductive layer and below a level of the lowermost spacer material layer in the alternating stack;
Forming the backside recesses by selectively removing the spacer material layers with respect to the insulating layers; And
Forming electrically conductive layers in the backside recesses
≪ / RTI >
상기 전기 전도성 층들의 형성 이후에 상기 반도체 산화물 부분 위에 배면 캐비티를 형성하는 단계; 및
상기 배면 캐비티를 유전체 재료로 채우는 것에 의해 유전체 세퍼레이터 구조물을 형성하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.21. The method of claim 20,
Forming a backside cavity over the semiconductor oxide portion after formation of the electrically conductive layers; And
Forming a dielectric separator structure by filling the backside cavity with a dielectric material;
≪ / RTI >
상기 3차원 메모리 디바이스는 상기 기판 위에 위치된 수직 NAND 디바이스를 포함하고;
상기 스페이서 재료 층들은 전기 전도성 층들로서 형성되거나 전기 전도성 층들로 대체되며;
상기 전기 전도성 층들은 상기 NAND 디바이스의 각자의 워드 라인을 포함하거나, 그에 전기적으로 연결되고;
상기 기판은 실리콘 기판을 포함하며;
상기 수직 NAND 디바이스는 상기 실리콘 기판 위에 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이를 포함하고;
상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제1 디바이스 레벨에 있는 적어도 하나의 메모리 셀은 상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이의 제2 디바이스 레벨에 있는 다른 메모리 셀 위에 위치되며;
상기 실리콘 기판은 그 위에 위치된 상기 메모리 디바이스에 대한 구동기 회로를 포함하는 집적 회로를 포함하고;
상기 전기 전도성 층들은 상기 기판의 상기 상단 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 스트립 형상을 갖는 복수의 제어 게이트 전극들을 포함하고, 상기 복수의 제어 게이트 전극들은 적어도 상기 제1 디바이스 레벨에 위치된 제1 제어 게이트 전극 및 상기 제2 디바이스 레벨에 위치된 제2 제어 게이트 전극을 포함하며;
상기 모놀리식 3차원 NAND 스트링들의 어레이는:
복수의 반도체 채널들 - 상기 복수의 반도체 채널들의 각각의 반도체 채널의 적어도 하나의 단부 부분은 상기 기판의 상단 표면에 실질적으로 수직으로 연장됨 -, 및
복수의 전하 저장 요소들 - 각각의 전하 저장 요소는 상기 복수의 반도체 채널들의 각자의 반도체 채널에 인접하여 위치됨 -
을 포함하는, 방법.15. The method of claim 14,
Said three dimensional memory device comprising a vertical NAND device located above said substrate;
Wherein the spacer material layers are formed as electrically conductive layers or replaced with electrically conductive layers;
The electrically conductive layers comprising or electrically connected to a respective word line of the NAND device;
The substrate comprising a silicon substrate;
Wherein the vertical NAND device comprises an array of monolithic three-dimensional NAND strings on the silicon substrate;
At least one memory cell at a first device level of the array of monolithic three-dimensional NAND strings is located over another memory cell at a second device level of the array of monolithic three-dimensional NAND strings;
The silicon substrate comprising an integrated circuit comprising driver circuitry for the memory device located thereon;
Wherein the electrically conductive layers comprise a plurality of control gate electrodes having a strip shape extending substantially parallel to the top surface of the substrate and wherein the plurality of control gate electrodes comprise at least a first control A gate electrode and a second control gate electrode located at the second device level;
Wherein the array of monolithic three-dimensional NAND strings comprises:
A plurality of semiconductor channels, at least one end portion of each semiconductor channel of the plurality of semiconductor channels extending substantially perpendicular to an upper surface of the substrate; and
A plurality of charge storage elements, each charge storage element being located adjacent a respective semiconductor channel of the plurality of semiconductor channels,
≪ / RTI >
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